7.2實驗三、四、五探究：光的反射教材第5節(jié)（解析版）

實驗三探究：光的反射[教材第5節(jié)]實驗梳理提出問題：光的反射遵循什么規(guī)律?建立假設(shè)：反射光線與入射光線▲；2、反射光線、入射光線與法線▲；3、反射角▲入射角。設(shè)計方案：1、把一面平面鏡M放在水平桌面上,再把一塊硬紙板豎直地立在平面鏡上,紙板由可以繞ON折轉(zhuǎn)的E、F兩塊板組成,紙板上的直線ON垂直于鏡面。2、使E、F兩板面處于同一平面內(nèi),讓一束光貼著紙板沿著某一個角度射到0點,經(jīng)過平面鏡的反射,沿著另一個方向射出,在紙板上用紅色筆描出入射光和反射光的徑跡。3、改變光束的入射方向,重做兩次。換用其他顏色的筆描出入射光和反射光的徑跡。4、將F板繞ON前后轉(zhuǎn)動,在F板上還能看到反射光嗎?這一現(xiàn)象說明了什么?5、取下硬紙板,用量角器量出入射角和反射角,記錄在表中。次數(shù)第1次第2次第3次入射角反射角6、用激光筆逆著原反射光線的方向射到平面鏡上,觀察反射光的光路。實驗結(jié)果與結(jié)論：1、觀察3次實驗記錄的反射光與入射光的徑跡,發(fā)現(xiàn)反射光線與入射光線總在法線ON的兩側(cè),可以得出結(jié)論：▲。2、比較3次實驗記錄的反射角與入射角的大小關(guān)系，發(fā)現(xiàn)反射角總是隨著入射角的增大而增大,減小而減小,并始終相等,可以得出結(jié)論：▲。3、將F板繞ON前后轉(zhuǎn)動,在F板上就看不到反射光了,可以得出結(jié)論：▲。4、使入射光線逆著原反射光線的方向射到平面鏡上,此時的反射光線會沿著原入射光線的方向射出,可以得出結(jié)論：▲。【答案】建立假設(shè)：1.分居法線兩側(cè)；2.在同一平面內(nèi)；3.等于；設(shè)計方案：5、次數(shù)第1次第2次第3次入射角a30°45°60°反射角β30°45°60°實驗結(jié)果與結(jié)論：1.反射光線和入射光線分居法線的兩側(cè)；2.反射角等于入射角；3.反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；4.光路具有可逆性【解析】【分析】【詳解】建立假設(shè)：1、反射光線與入射光線分別位于法線兩側(cè)；2、光反射時，反射光線、入射光線與法線在同一平面內(nèi)；3、反射角等于入射角。設(shè)計方案：5、次數(shù)第1次第2次第3次入射角a30°45°60°反射角β30°45°60°實驗結(jié)果與結(jié)論：1、觀察3次實驗記錄的反射光與入射光的徑跡,發(fā)現(xiàn)反射光線與入射光線總在法線ON的兩側(cè),可以得出結(jié)論是反射光線和入射光線分居法線的兩側(cè)。2、比較3次實驗記錄的反射角與入射角的大小關(guān)系，發(fā)現(xiàn)反射角總是隨著入射角的增大而增大,減小而減小,并始終相等,可以得出結(jié)論是反射角等于入射角。3、將F板繞ON前后轉(zhuǎn)動,在F板上就看不到反射光了,可以得出結(jié)論是反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)。4、使入射光線逆著原反射光線的方向射到平面鏡上,此時的反射光線會沿著原入射光線的方向射出,可以得出結(jié)論是光路具有可逆性。故答案為：建立假設(shè)：1.分居法線兩側(cè)；2.在同一平面內(nèi)；3.等于；設(shè)計方案：5、次數(shù)第1次第2次第3次入射角a30°45°60°反射角β30°45°60°實驗結(jié)果與結(jié)論：1.反射光線和入射光線分居法線的兩側(cè)；2.反射角等于入射角；3.反射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；4.光路具有可逆性實驗小貼士1、用粗糙的硬紙板顯示光路的原理是光在凹凸不平的表面上會發(fā)生漫反射,便于實驗者在各個方向觀察。2、硬紙板的分界線,也就是法線是本實驗的關(guān)鍵。一定要讓法線與平面鏡垂直放置。這樣既可以探究反射光線與入射光線分居法線兩側(cè),也可以探究反射光線、入射光線和法線在同一平面上。如果分界線與平面鏡不垂直,反射光線仍然與入射光線、法線在同一平面,但無法呈現(xiàn)出反射光線的位置。3、改變光束的入射方向重復(fù)實驗,得到3組數(shù)據(jù)比較并得出結(jié)論,目的是避免偶然性,得到普遍規(guī)律。實驗素養(yǎng)提升例1在“探究光的反射規(guī)律”的實驗中,平面鏡M水平放置,白色紙板豎直立在平面鏡上,紙板由E、F兩部分組成,可繞豎直接縫ON翻折。(1)如圖所示,將一束光貼著紙板E沿AO射到鏡面上0點,紙板E上會顯示出反射光束OB,接著將紙板F繞ON向后翻折,則紙板F上▲(選填“能”或“不能”)顯示出反射光束,由此說明反射光線、入射光線與ON在▲內(nèi)。(2)小杭在測入射角和反射角大小時先只記錄了一組數(shù)據(jù),如表所示：實驗序號入射角a反射角β①50°50°(3)根據(jù)這組數(shù)據(jù),他▲(選填“能”或“不能”)得出關(guān)于光反射時反射角與入射角關(guān)系的結(jié)論,理由：▲。【答案】（1）不能；同一平面；（3）不能；一次實驗得出的結(jié)論具有偶然性。【解析】一次實驗具有很大的偶然性，為了得到普遍規(guī)律，應(yīng)進(jìn)行多次實驗?！痉治觥勘绢}考查了光的反射定律的應(yīng)用，為避免實驗的偶然性，應(yīng)當(dāng)改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行多次實驗?！驹斀狻浚?）根據(jù)光的反射定律可知，反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)，如圖所示，若將紙板F繞ON向后翻折，紙板E和紙板F不在同一平面上了，所以在紙板F上就無法呈現(xiàn)出反射光線了，由此說明反射光線、入射光線與ON在同一平面內(nèi)。（3）只記錄了一組數(shù)據(jù)（如表），一次實驗具有很大的偶然性，因此根據(jù)這組數(shù)據(jù)，他不能得出關(guān)于光反射時反射角與入射角關(guān)系的結(jié)論，為了得到反射角與入射角大小關(guān)系的普遍規(guī)律，應(yīng)當(dāng)改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行多次實驗。故答案為：（1）不能；同一平面；（3）不能；一次實驗得出的結(jié)論具有偶然性。例2為了探究光反射時的規(guī)律,同學(xué)們進(jìn)行如圖所示的實驗。(1)為了完成實驗,需要的測量工具是▲。為了使光路更加明顯,實驗應(yīng)該在▲環(huán)境中進(jìn)行,并且紙板的表面要▲些。(2)把一個平面鏡放在水平桌面上,再把一張紙板▲地立在平面鏡上,紙板上的直線ON▲于鏡面。(3)如果紙板A、B向后傾斜,如圖甲所示,此時的反射光線▲(填字母)。A、在紙板B上B、被紙板擋住C、在紙板前方(4)當(dāng)入射角增大時,反射光線▲(選填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)平面鏡。(5)如圖乙所示,改變?nèi)肷浣谴笮?多次實驗后得到如表所示數(shù)據(jù)：次數(shù)123456∠t20°30°40°50°60°70°∠γ20°30°40°50°60°70°根據(jù)表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論：▲。實驗中多次改變?nèi)肷浣谴笮∪y量反射角大小的目的是▲。(6)如圖丙所示,把紙板B向前折或向后折,在紙板上都不能看到反射光線,原因是▲。如果此時想觀察到反射光線,請另外再想出一種辦法：▲?！敬鸢浮浚?）量角器；較暗的；粗糙；（2）豎直；垂直；（3）C；（4）靠近；（5）反射角等于入射角；避免偶然性，得到普遍性規(guī)律；（6）反射光線、入射光線和法線在同一平面上，而紙板A與折后的紙板B不在同一平面上，在平面鏡上方空間噴灑煙霧或灰塵?！窘馕觥俊痉治觥俊驹斀狻柯詫嶒炈奶骄浚浩矫骁R成像規(guī)律[教材第5節(jié)]實驗梳理提出問題：平面鏡成像的大小、位置與物體有怎樣的關(guān)系?建立假設(shè)：1、平面鏡里所成的像與物體大小相等；2、平面鏡里所成的像與物體到平面鏡的距離相等。設(shè)計方案：1、在桌面上鋪一張白紙,將一塊玻璃板豎立在紙上、在紙上記下玻璃板的位置。選取兩支大小相同的蠟燭,把一支蠟燭點燃放在玻璃板的前面,看一看玻璃板后面有沒有蠟燭的像。2、再拿另一支沒有點燃的蠟燭,豎立著在玻璃板后面移動,直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合為止。這個位置就是點燃的蠟燭所成像的位置。用筆在紙上記下這兩個位置。實驗中,你觀察到的蠟燭的像與蠟燭的大小是否相同?移動點燃的蠟燭到另一個位置,重做上面的實驗。3、用直線把每次實驗中的蠟燭和它的像的位置連起來、用刻度尺測量出它們到玻璃板的距離,并加以比較。將實驗數(shù)據(jù)記錄在表中。次數(shù)蠟燭到平面鏡的距離蠟燭的像到平面鏡的距離第1次第2次4、用量角器量出每次實驗中的蠟燭和像的連線與鏡面的夾角。5、將那支不點燃的蠟燭拿開,然后用一張白紙立在此處觀察白紙上是否成像。實驗結(jié)果與結(jié)論：1、用大小相同的蠟燭放在玻璃板后面,看到它跟前面那支蠟燭的像完全重合,可以得出結(jié)論：平面鏡所成的像的大小與物體的大小▲,而且是正立的。2、比較實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),每次實驗測量的蠟燭到平面鏡的距離與蠟燭的像到平面鏡的距離總是相等的,可以得出結(jié)論：像與物體到平面鏡的距離▲。3、將每次實驗中的蠟燭和它的像的位置連起來,發(fā)現(xiàn)它們總是與平面鏡所在的直線垂直,可以得出結(jié)論：像與物體的連線與平面鏡▲。4、將一張白紙豎直立在那支不點燃的蠟燭的位置,在白紙上沒有蠟燭的像,可以得出結(jié)論：物體在平面鏡上所成的像是▲?！敬鸢浮繉嶒灲Y(jié)果與結(jié)論：1.相等；2.相等；3.垂直；4.虛像【解析】【分析】【詳解】略實驗小貼士1、平面鏡所成像的亮度由反射回來的光的多少決定。一方面與物體本身亮度有關(guān)；另一方面與反射面的反射能力有關(guān)。因此,需要增加物體的亮度,如點燃蠟燭,或不發(fā)光物體用燈照亮；同時,需要增加反射面的反射量,減少透光量,如用有色玻璃等。2、實像與虛像：實像是由實際光線會聚而成的像,能呈現(xiàn)在光屏上,如小孔成像所成的像,也可以用眼睛直接觀察；虛像不是由實際光線會聚成的,而是由反射光線或折射光線反向延長線會聚成的像,不能呈現(xiàn)在光屏上,只能用眼睛直接觀察,如平面鏡成像。3、平面鏡所成的像與物是關(guān)于平面鏡軸對稱關(guān)系,上下正立的同時,左右是相反的。實驗素養(yǎng)提升例1在“探究平面鏡成像特點”的實驗中：(1)如圖所示在桌面上鋪一張大紙,紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡,沿著玻璃板在紙上畫一條直線,代表▲。把一支點燃的蠟燭放在玻璃板的前面,再拿一支外形相同但不點燃的蠟燭,豎立著在玻璃板后面移動,直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全▲。由此可知,平面鏡成像時,像和物體的▲。這里用不點燃的蠟燭代替蠟燭所成的像的方法是▲法。(2)某同學(xué)共進(jìn)行了三次實驗,用刻度尺分別測出蠟燭和像到玻璃板的距離,記錄如表所示：次數(shù)蠟燭到玻璃板的距離(cm)像到玻璃板的距離(cm)110102151532020分析表中數(shù)據(jù)可以得出,平面鏡成像時▲。(3)用直線把每次實驗中蠟燭和它的像在紙上的位置連起來,發(fā)現(xiàn)像和物的連線與玻璃板▲。(4)如果實驗時將玻璃板豎直向上提起1cm,則蠟燭的像豎直向上移動▲(填字母)。A、2cmB、1cmC、0.5cmD、Ocm【答案】（1）平面鏡的位置；重合；大小相等；等效替代；（2）像和物體到平面鏡的距離相等；（3）垂直；（4）D【解析】（1）在桌面上鋪一張大紙，紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡；沿玻璃板在紙上畫一條直線，代表平面鏡的位置；實驗時采用兩個完全相同的蠟燭，一支蠟燭放在玻璃板的前面并點燃，另一支放在玻璃板的后面，當(dāng)玻璃板后面的蠟燭和玻璃板前面的蠟燭的像完全重合時，可以確定像的位置，同時也可以比較物像大小關(guān)系；（2）由實驗中獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可以得出相應(yīng)的結(jié)論；（3）（4）物體在平面鏡里成的像是正立的虛像，與物體大小相同、連線與鏡面垂直、到鏡面的距離相等、左右相反?！痉治觥勘绢}考查學(xué)生動手操作實驗的能力并能合理解決實驗中出現(xiàn)的問題。只要熟練掌握平面鏡的成像特點，解答此類題目就很容易。【詳解】（1）在桌面上鋪一張大紙，紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡；沿玻璃板在紙上畫一條直線，代表平面鏡的位置；玻璃板后面沒有點燃的蠟燭和玻璃板前面點燃蠟燭的像完全重合，此時可以確定像的位置，同時也證明了像與物體的大小相等（或相同）,這里用不點燃的蠟燭代替蠟燭所成的像的方法是等效替代法；（2）由表格中的數(shù)據(jù)可知，蠟燭到玻璃板的距離與相對應(yīng)的蠟燭的像到玻璃板的距離是相等的；（3）用直線把每次實驗中蠟燭和它的像在紙上的位置連起來，發(fā)現(xiàn)像和物的連線與玻璃板垂直；（4）因為平面鏡所成的像與物體的連線與鏡面垂直，所以將玻璃板豎直向上提起1cm,則蠟燭的像的位置保持不變，故D正確。故答案為：（1）平面鏡的位置；重合；大小相等；等效替代；（2）像和物體到平面鏡的距離相等；（3）垂直；（4）D。例2為了探究平面鏡成像特點,將一塊厚度為0.5cm的玻璃板(P、Q兩個平面都可以作為平面鏡使用)豎直架在水平臺板上面,再取一根蠟燭豎直置于玻璃板左側(cè),點燃玻璃板左側(cè)的蠟燭A,如圖甲所示進(jìn)行實驗。(1)在實驗中,小柯透過玻璃板看到了蠟燭A的兩個清晰的像,分別位于A′和A"處,如圖甲所示。其中A′處的像是蠟燭A通過玻璃板的▲(選填“P”或“Q”)平面成像得到的。(2)小柯按照圖甲中的測量方法,改變蠟燭A的位置,認(rèn)真測量并記錄了一組數(shù)據(jù)：物距u(cm)5.06.07.08.0像距υ(cm)4.55.56.57.5然后得出像距小于物距的結(jié)論。你認(rèn)為他的測量方法錯誤之處在于▲。(3)小柯?lián)Q用薄玻璃板后再進(jìn)行實驗。但是玻璃板沒有垂直于白紙放置,如圖乙所示。那么實驗觀察到▲?！敬鸢浮浚?）P；（2）像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度；（3）蠟燭B始終與蠟燭A的像無法重合?！窘馕觥浚?）玻璃板有兩個反射面，兩個反射面都能成像，根據(jù)平面鏡成像特點，判斷A′點是兩個玻璃板面成的像。（2）知道A′是玻璃板的P面成的像，物距應(yīng)該是蠟燭A到P面的距離，像距應(yīng)該是像A′到P面的距離。根據(jù)物距和像距的定義判斷實驗中的錯誤?！痉治觥咳绻麑嶒灂r，采用厚玻璃板會出現(xiàn)兩個像，是因為玻璃板的兩個面都起反射作用，都能成像，為了避免兩個像帶來的麻煩，實驗時盡量采用較薄的玻璃板?！驹斀狻浚?）根據(jù)物體在平面鏡中成像，物像到平面鏡的距離相等，通過測量，可以得到A和A′到平面鏡P面的距離是相等的，所以A′是蠟燭A通過玻璃板P面的成像得到的。（2）如圖，小柯測量時把像A′到玻璃板Q面的距離作為像距，像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度。（3）小柯?lián)Q用薄玻璃板后再進(jìn)行實驗。但是玻璃板沒有垂直于白紙放置,如圖乙所示。那么實驗觀察到蠟燭B始終與蠟燭A的像無法重合。故答案為：（1）P；（2）像距測量錯誤，忽略了玻璃板的厚度；（3）蠟燭B始終與蠟燭A的像無法重合。實驗五探究：光的折射[教材第5節(jié)]實驗梳理提出問題：光從空氣斜射入水中時,折射光線與入射光線有什么關(guān)系?建立假設(shè)：1、折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)；2、折射光線、入射光線與法線在同一平面內(nèi)；3、折射角小于入射角。設(shè)計方案：1、如圖所示,將可折疊且畫有量角器的塑料板下半部分浸入水槽中。用激光筆從左側(cè)由空氣斜射到0點,觀察水中折射光線的位置,并重復(fù)實驗。2、將右側(cè)塑料板繞法線所在直線前后轉(zhuǎn)動,觀察塑料板上是否還有折射光線。3、將激光筆分別沿30°、40°、50°入射角方向由空氣斜射入水中,觀察折射光線的變化,測量折射角的大小并記錄在表格中。實驗次數(shù)入射角折射角130°240°350°4、如圖所示,為一組入射光線A0與折射光線OC。用激光筆沿CO方向由水中射入,觀察折射光線是否與OA重合。實驗結(jié)果與結(jié)論：1、觀察多次實驗記錄的折射光線與入射光線的徑跡,發(fā)現(xiàn)折射光線與入射光線總在法線的兩側(cè),可以得出結(jié)論：折射光線和入射光線▲。2、將右側(cè)塑料板繞法線所在直線前后轉(zhuǎn)動,在塑料板上就看不到折射光,可以得出結(jié)論：▲。3、比較多次實驗記錄的折射角與入射角的大小關(guān)系,發(fā)現(xiàn)折射角總是隨著入射角的增大而增大,減小而減小,且折射角總是小于入射角,可以得出結(jié)論：光從空氣中斜射入水中時，折射光線向法線偏折，▲，入射角增大時，折射角也增大。4、使入射光線逆著原折射光線的方向從水斜射到界面上,此時的折射光線會沿著原入射光線的方向射出,可以得出結(jié)論：光的折射中,▲。【答案】實驗結(jié)果與結(jié)論：1.分居法線的兩側(cè)；2.折射光線、入射光線、法線在同一平面內(nèi)；3.折射角小與入射角；4.光路具有可逆性【解析】【分析】【詳解】略實驗小貼士1、一束光入射到兩種物質(zhì)的界面時,一部分光被反射回原來的物質(zhì),一部分光被吸收,另一部分光進(jìn)入另一種物質(zhì)而發(fā)生折射現(xiàn)象。因此,折射光比入射光弱。2、探究光從水或玻璃斜射向空氣時,常常用到半圓形的槽或玻璃磚。原因是光沿著半圓形的半徑射向圓心(入射點)時,光的傳播方向不發(fā)生改變,這樣可以控制入射光線的位置和入射角的大小。3、當(dāng)光從空氣垂直射入水中(或玻璃中),光的傳播方向不發(fā)生改變。實驗素養(yǎng)提升例1光從空氣斜射入水和玻璃時都會發(fā)生折射現(xiàn)象,那射入水和玻璃的折射情況會相同嗎?為了探究這個問題,小華選擇了光屏、透明玻璃磚、水槽、激光電筒等器材進(jìn)行實驗,他在光屏上畫出互相垂直的NN′和MM′兩條線段并相交于0點,如圖甲所示：(1)小華將玻璃磚的一個表面與MM′齊平放置,讓激光電筒發(fā)出的光線從A點向O點入射,他看到了如圖乙所示的光路(AO、0C為同一直線),你認(rèn)為出現(xiàn)光線OC是因為▲，鑒于本實驗的目的,此時最應(yīng)該記錄的兩條光線是▲。(2)接下來他要觀察光從空氣中進(jìn)入水中的情況,他將光屏豎直放入水槽中(使線段MM′水平),并向水槽中慢慢注水至水面與MM′齊平,入射光線應(yīng)從A點向O點射入,這是為了保證▲,其實本實驗小華還考慮了入射光線所在一側(cè)的▲相同。(3)小華最終在光屏上記錄下了如圖丙所示的光路圖(OE為水中的折射光線),通過分析光路,你認(rèn)為玻璃和水這兩種介質(zhì)對光的偏折能力較強(qiáng)的是▲。(4)若激光以相同的入射角分別從玻璃和水中斜射入空氣中,則▲射出的折射光線更遠(yuǎn)離法線?！敬鸢浮浚?）有部分光線并沒有通過玻璃磚傳播，而仍然在空氣中傳播；AO和OB；（2）入射光線重合；介質(zhì)；（3）玻璃；（4）玻璃【解析】（1）光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。探究光的折射規(guī)律，一定要記錄光的折射光線和入射光線；（2）探究物體問題時一般要控制其他量不變，這是物理上常用的控制變量法；（3）光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，當(dāng)遇到另一種介質(zhì)時光線發(fā)生偏折，光線偏折的角度越大，偏折能力越大；（4）光路可逆的性質(zhì)進(jìn)行分析?！痉治觥看藢嶒炌ㄟ^光在空氣中直線傳播，光從空氣斜射入水，光從空氣斜射入玻璃，這三個實驗過程，對比玻璃的偏折能力更強(qiáng)，光路可逆等?！驹斀狻浚?）光線AO到OC,光的傳播路線沒有改變，說明光在同一種均勻介質(zhì)中傳播，所以可以判斷有部分光線并沒有通過玻璃磚，而依舊在空氣中傳播。本實驗探究光的折射規(guī)律，要記錄光的折射光線和入射光線，所以要記錄的兩條光線是AO和OB。（2）探究光在玻璃和水的折射能力，要控制入射光線相同，還要控制A點所在的介質(zhì)相同，觀察折射光線和折射角的變化情況，所以入射光線應(yīng)從A點向O點射入，這是為了保證入射光線重合，并且介質(zhì)相同。（3）如乙丙圖，當(dāng)光在空氣中傳播時AO入射，OC傳播；當(dāng)光線從空氣斜射入水中，AO入射，OE傳播；當(dāng)光線從空氣斜射入玻璃中，AO入射，OB傳播，比較兩條折射光線OB和OE,OB偏離OC更多，所以玻璃和水這兩種介質(zhì)對光的偏折能力較強(qiáng)的是玻璃。（4）光從空氣斜射入玻璃中的偏折能力比在水中的偏折能力強(qiáng)，根據(jù)光路是可逆的，當(dāng)光從玻璃斜射入空氣中時的偏折能力比光從水中斜射入空氣中時的偏折能力強(qiáng)，所以從玻璃中射出的折射光線更遠(yuǎn)離法線。故答案為：（1）有部分光線并沒有通過玻璃磚傳播，而仍然在空