第 4 章 第 1 节 光的反射
第 章 光现象
阳光照向地球，送来光明和温暖。光可以传递能量和信息。本章我们将学习常见的光现象及其基本规律。
通过本章内容的学习，你将了解光的反射现象、折射现象；经历光的反射定律、平面镜成像特点和凸透镜成像规律的探究过程，感受观察、比较、归纳、推理等科学方法，增强合作交流的意识。了解我国古代对光现象研究的成就，激发民族自豪感。
第
1
节
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光
的
反
射
光的反射
清晨穿过树叶缝隙的阳光
图 4–1–1 为建于敦煌市的塔式光热电站，它利用大量的镜面反射阳光，并使其汇聚于中心塔的吸热器上，将塔内的熔盐温度加热到 500℃，可实现 24 h 连续发电。照在镜面上的阳光为什么都恰好能反射到吸热器上？
光是如何传播的？
我们用肉眼看到的大部分星星是像太阳一样能自身发光的恒星，自然界中也有如萤火虫、藻类等发光的生物，人类还发明了各种各样的灯。这些能够自行发光的物体叫做光源。
如图 4–1–2 所示，清晨的阳光穿过树叶间的缝隙沿直线照射下来。汽车前灯的光束和投影仪的光束也是直的，表明光在空气中是沿直线传播的。
第
4
章
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光
现
象
如图 4–1–3 所示，将激光分别射向浓盐水和明胶，观察光在水和明胶中的传播路径。
由上述实验可知，光在水和明胶中都是沿直线传播的。空气、水、明胶和玻璃等都是能透光的介质，大量实验表明，光在同种均匀介质中沿直线传播。因此，高层建筑安装电梯轨道时，可用激光束检测电梯轨道是否竖直。
为了描述光的传播情况，我们用直线表示光在均匀介质中的传播路径，用箭头表示光的传播方向。图 4–1–4 中带箭头的直线叫做光线（light ray），而光束可以看成由许多这样的光线所构成。
与声音不同，光不仅能在介质中传播，也能在真空中传播。在物理学中，用字母 c 表示真空中的光速，通常可近似取 c = 3.0×108 m/s。光每秒走过的路程相当于绕地球赤道 7 圈半。
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光
的
反
射
光在介质中的传播速度比在真空中的小。光在空气中的传播速度接近 c，在水中的传播速度约为 \(\dfrac{3}{4}\)c，在玻璃中的传播速度约为 \(\dfrac{2}{3}\)c。
小孔成像实验的记载最早见于《墨经》。如图 4–1–5 所示，一块带有小孔的板遮挡在物体和墙面之间，由于光在均匀介质中沿直线传播，从物体发出的光，沿直线穿过小孔，照在小孔另一侧的墙上，墙面上就出现了物体倒立的像。
图 4–1–5 小孔成像
元代天文学家赵友钦专门建造了实验专用房屋，以研究光源、孔的大小等相关因素对小孔成像效果的影响。
光的反射遵循什么规律？
如图 4–1–6 所示，微风吹过水面，水波荡漾，水面上出现粼粼的波光，这是因为射向水面的阳光经水面反射后，改变了传播方向，进入我们的眼睛，引起了视觉。光从一种介质射向另一种介质时，一部分光返回到原介质的现象称为光的反射（reflection）。
通过一束光斜射向平面镜发生反射的现象可以研究光的反射所遵循的规律。如图 4–1–7 所示，用斜射向平面镜的光线 AO 表示入射光线；O 点表示入射光线在平面镜上的入射点，用光线 OB 表示反射光线。
第
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章
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光
现
象
探究光的反射定律
实验一 探究反射光线与入射光线的关系
提出问题
在水平桌面上放一块平面镜，光源发出的光束斜射向平面镜发生反射。改变入射光的方向或调整平面镜的方向，都会使反射光的方向发生变化。反射光与入射光的方向与平面镜有怎样的关系？提出你的猜想并说明依据。
不能用激光照射人的眼睛，否则会损伤眼睛。
搜集证据
● 器材
平面镜、激光笔、蜡烛灯、彩色卡纸、喷雾水瓶。
本实验不需要的器材是______________。
● 方案
①如 4–1–8 所示，把标记好入射点 O 的平面镜水平放置，将一束激光斜
射向镜面上的 O 点，喷水雾显示入射光和反射光的位置。
②转换视角观察入射光和反射光，并用卡纸寻找入射光和反射光构成的平面，在卡纸上记录入射光线和反射光线的路径和方向。
③观察卡纸平面和镜面的关系。
④通过调整激光笔的位置来改变入射光方向，重复上述实验。
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节
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光
的
反
射
作出解释
● 分析
反射光线和入射光线与镜面的关系。
● 结论
由上述实验可知：反射光线和入射光线在___________；反射光线和入射光线构成的平面始终与镜面___________。
如图 4–1–8 所示，光沿不同方向射向入射点 O，可以找到各入射光线与其对应的反射光线所在的平面。如图 4–1–9 所示，这些平面相交于同一条直线 ON，这条直线过入射点 O 且垂直于镜面，叫做法线（normal line）。实验表明：反射光线在入射光线与法线决定的平面内；反射光线和入射光线分别位于法线的两侧。
我们可以将光反射时的立体图简化为如图 4–1–10 所示的平面图。入射光线与法线的夹角 θ1 叫做入射角，反射光线与法线的夹角 θ2 叫做反射角。
实验二 探究反射角与入射角的大小关系
提出问题
如图 4–1–11 所示，将平面镜安装在光具盘中央，打开激光源，让入射光线从法线的右侧射向平面镜，增大入射角，反射角的大小如何变化？反射角和入射角的大小有怎样的关系？
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4
章
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现
象
搜集证据
● 器材
激光源、平面镜、光具盘。
● 方案
改变入射角的大小，观察反射角的变化情况，量出___________，归纳两者间的对应规律。
● 记录
将入射角与反射角的大小填入表 4–1–1 中。
| 入射角 | 30° | 0° | ||
|---|---|---|---|---|
| 反射角 |
作出解释
● 分析
比较反射角和入射角的大小。
● 结论
由上述实验可知：反射角与入射角___________。
交流反思
实验一中彩色卡纸的作用是什么？
大量实验表明：
在反射现象中，反射光线、入射光线与法线在同一平面内；反射光线和入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角。这就是光的反射定律（reflection law）。
如图 4–1–12 所示，如果让光逆着反射光线的方向射到镜面上，反射后它会逆着原来入射光线的方向射出。这表明，在光的反射现象中，光的传播路径是可逆的。
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的
反
射
生活中哪些现象与光的反射有关？
照进教室的阳光经文具上的金属部件反射，在墙面上形成亮斑，移动文具，亮斑的位置也随之移动。橡皮、木杆铅笔等文具的表面却不会引起这类现象，这是由于不同材质的表面对光的反射情况不同。
如图 4–1–13 所示，平行激光束经平面镜反射后依旧相互平行，这种反射现象叫镜面反射（mirror reflection）。太阳光照射到建筑物外的玻璃幕墙时也会发生镜面反射。如图 4–1–14 所示，明亮耀眼的反射光会对人们的生活和生产环境造成不良影响，这种“光污染”现象越来越引起人们的重视。
如图 4–1–15 所示，将平行的激光束射向纸面，纸面上映出一片红光，无法观察到明显的反射光线。这是因为将看似光滑平整的纸面放到显微镜下，可以观察到它的表面是凹凸不平的。这种凹凸不平的表面可以看成是由大量法线方向不同的小平面组成的。如图 4–1–16
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现
象
所示，根据光的反射定律，相互平行的光束经这些方向各异的小平面反射后，反射光线射向各个方向，这种反射叫做漫反射（diffuse reflection）。我们能看到桌椅、墙壁等自身不发光的物体的原因就是光在这些物体的表面发生了漫反射，反射光射向各个方向。
1．根据光的直线传播知识，说明图 4–1–17 中的学生在逐渐远离路灯的过程中，其影子的长度如何变化。
2．如图 4–1–18（a）所示，在暗室的水平桌面上依次放置蜡烛、开有三角形孔洞的卡纸、一块作为光屏的白色硬纸板。点燃蜡烛后，光屏上有一个较亮的三角形光斑。然后如图4–1–18（b）所示，移动黑色卡纸逐渐改变三角形孔洞的大小，简述在光屏上出现的变化。
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反
射
3．与镜面夹角为 30° 的入射光线 AO 经平面镜反射后，反射角多大？在图 4–1–19 中，画出反射光线 OB，并标出入射角和反射角。
4．图 4–1–20 中，AB 为光热电站的中心塔。利用镜面可将太阳光反射到塔上某处。POQ 为其中一束光线经平面镜反射的路径示意图。试通过作图标出平面镜的位置和入射角的度数。
5．激光测距技术广泛应用于人们的生产和生活中。激光测距仪向目标发射激光束并接收反射回来的激光束，通过测出激光往返的时间，可以算出激光测距仪与目标物之间的距离。若站在图 4–1–21 所示位置，用激光测距仪测量学校教学楼的高度，简述测量方法。
发布时间：2026/1/27 下午9:30:15 阅读次数：37
