插针法探究光的反射的规律

摘要:八年级的第二个学生分组实验《光的反射》,按课本上的实验方案,一般的平行光源和点光源都不能完成实验,只有用可自由移动的激光光源才能圆满的完成实验。在找不到激光光源的情况下,为了实现教学目标,完成探究“光的反射的规律”这一学生实验,我对这一实验方法进行了改进,这一改进后的实验,实验仪器简单、经济,容易配备,克服了采用激光不小心伤到眼睛的危险和学生没有学习电学知识带来的知识障碍;它更加的接近生活与实际。

关键词:光线 光的反射 平面 大头针

实验原理和方法:如果我们周围都没有光,我们的眼前就漆黑一片,什么都看不到。所以,我们能看到发光的物体,是因为有光进入我们的眼睛,光在均匀介质中是沿直线传播的;我们也能看到不发光的物体,是因为物体反射的光进入了我们的眼睛。物体反射光的现象就叫光的反射,光的反射到底遵循什么样的规律呢?

如果我们在镜子中看到了一个物体,说明照到物体上的光被镜子反射进入了我们的眼睛,我们看到的是物体在镜子中的像,此时保持我们眼睛和镜子的位置不变,在这一个物体与镜子之间再放一个完全相同的物体,使它刚好把前一个物体在镜子中的像完全遮挡住,就像是只看到一个物体的像一样,那么这两个物体的连线就一定是镜子反射入眼睛的光线的入射光线;在眼睛与镜子之间放一个完全相同的物体,使它刚好把前面看到的两个物体在镜子中的像完全遮挡住,再在眼睛前面放一个完全相同的物体,使它刚好把前面放置的第三个物体和第一、二个物体在镜子中的像完全遮住,则眼睛前面的两个物体的连线就是反射进入眼睛的光线的反射光线,两线交叉的点就是光的入射点,通过光的入射点沿镜面所画的直线所在的平面就是光的入射面(也就是镜子所在的平面――镜面),沿光的入射点作垂直于镜面的直线叫做法线,用量角器测量各个角度的大小,找出它们之间的关系:反射角等于入射角。

如果眼睛向左或者向右移动,第四个物体都不能遮住第三个物体和第一、二个物体在镜子中的像,眼睛向上移动位置,也出现看不到或者不能完全看到第一、二个物体在镜子中的像的位置,说明一条入射光线,它的反射光线是唯一的,则可以找出反射光线和入射光线之间的关系:反射光线和入射光线在同一平面上。再与法线的定义以及所画出的图形进行比较可以得出:反射光线和入射光线分居在法线的两侧,并且都在同一平面上的结论。

如果让眼睛从第一个物体沿第二个物体看去,也能够把第三个物体和第四个物体在镜子中的像完全遮住,则说明在反射现象中,光路是可逆的。

如果改变第一个物体的位置或者改变镜面的角度,重做上面的实验步骤,各个角度之间的关系还是一样,说明光的反射都遵循一样的规律――光的反射定律。

实验步骤:

1、把木板放在实验桌上,把白纸放到木板上,用笔在白纸上划一条直线,在与线成一定角度的地方插两颗大头针(支撑平面镜),把平面镜直立地靠在大头针上(平面镜的下部紧贴大头针),在白纸上的直线上插两颗大头针,在平面镜前直线的另一侧用一只眼睛观察平面镜(如图一),直到看到平面镜里面的两颗大头针在同一直线上;保持眼睛的位置不变,在平面镜与大头针之间插一颗(第3颗)大头针,使这一颗大头针刚好把前两颗颗大头针在平面镜中的像遮档住,再在眼睛与第3颗大头针之间插第4颗大头针,使它把第3颗大头针和第1、2颗大头针在平面镜中的像遮档住,如图二。

2、把眼睛移到第1颗大头针的一侧,移动眼睛的位置,(会或不会)出现第1颗大头针把第2颗大头针和第3、4颗大头针在平面镜中的像都遮住(在同一直线上)的现象。

3、向上移动眼睛的位置,(能或不能)完全看到第1、2颗大头针在平面镜中的像。

4、取除第1颗和第2颗大头针,把它们所插出的针眼用直线连接起来,这一条直线就是入射光线;再取除第3颗和第4颗大头针,把它们所插出的针眼用直线连接起来,这一条直线就是反射光线。两条光线的交叉点就是光的入射点,用O表示。沿光的入射点作垂直于镜面(与支撑平面镜的两颗大头针的针眼的连线平行)的直线,就是法线,用ON表示,把入射光线与法线的夹角规定为入射角,用i表示;把反射光线与法线的夹角规定为反射角,用r表示,如图三(1、2、3、4分别表示平面镜前的四颗大头针的位置)。用量角器测量出入射角和反射角的大小填入表中。

平面镜的位置不变,改变第一颗大头针的位置,重做上面的实验,把测量出的入射角和反射角的大小填入表中。

改变平面镜的位置,重做上面的实验,把测量出的入射角和反射角的大小填入表中。

实验结论:由以上实验步骤和上表中的数据以及所画出的图形,得出光的反射遵循的规律是:在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内;反射光线、入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角。在反射现象中,光路是可逆的。

误差分析:

通过学生的实验实际操作发现,学生出现问题最多的是:

1、平面镜与支撑平面镜的两颗大头针的连线――镜面不平行,导致由O点作垂直于镜面的直线――法线不会平分入射光线与反射光线的夹角,就会出现反射角不等于入射角的现象。所以,安装平面镜时,一定要强调:平面镜的下部一定要紧贴大头针的底端,平面镜所在的平面才会与大头针的针眼的连线平行。

2、插1、2两颗大头针时,没有准确的插在所画的直线的正中间;画镜面所在的直线时,没有完全从两颗大头针的针眼处穿过;画反射光线时,直线没有从两颗大头针的针眼处穿过。这三种情况都会带来反射角不等于入射角或者测量的反射角不等于实际的反射角的可能。所以实验中要对学生强调:在直线上插针时,一定要插在直线的正中间;根据针眼画直线时,直线一定要准确的经过两个针眼。

3、观察的时候,有的学生插针,会插成(在某一固定位置观察):在同一个位置看到1、2两颗大头针的像在同一直线上,3、4两颗大头针在同一直线上,但是两直线并不重合。这种情形虽然不会影响测量结果,但是反射光线并不是真正的反射光线,有可能把学生引入歧途,更加的不理解光的反射规律。所以实验中一定要强调:遮住的意思就是不管前面有几颗(1颗、2颗、3颗或者更多)大头针,在你的眼中都像是只有一颗一样。

实验教学过程:

1、讲解实验原理.

2、演示实验过程:把实验过程分步在演示台上做出来,如图一、图二、图三等,要求实验时还不清楚的学生到演示台上观察。

3、讲解实验注意事项.

4、让学生完成实验,教师巡回观察、提醒注意事项、点拨。

板书设计

实验名称:插针法探究光反射的规律

实验目的、要求:知道光发生反射所遵循的规律。

实验仪器:平面镜,木板,白纸,大头针6颗,量角器

实验步骤:如上。(要求学生严格按实验步骤完成实验,在实验报告单上,可以简写,根据自己的实验情况自己把实验步骤简单的写出来即可,但是实验报告单上要有测量的数据表并附上所做的图形)

实验结论:

【注】1:义务教育课程标准试验教科书《物理》八年级上册第29页。人民教育出版社2006年3月第三版。

【注】2:该实验原理、方法取材于高中物理实验《测量玻璃的折射率》。