7.2實(shí)驗(yàn)三、四、五探究：光的反射教材第5節(jié)（原卷版）

實(shí)驗(yàn)三探究：光的反射[教材第5節(jié)]實(shí)驗(yàn)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(jì)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(gè)角度射到0點(diǎn),經(jīng)過平面鏡的反射,沿著另一個(gè)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(dòng),在F板上還能看到反射光嗎?這一現(xiàn)象說(shuō)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：1、觀察3次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(dòng),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(shí)的反射光線會(huì)沿著原入射光線的方向射出,可以得出結(jié)論：▲。實(shí)驗(yàn)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(huì)發(fā)生漫反射,便于實(shí)驗(yàn)者在各個(gè)方向觀察。2、硬紙板的分界線,也就是法線是本實(shí)驗(yàn)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(wú)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(shí)驗(yàn),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(shí)驗(yàn)素養(yǎng)提升例1在“探究光的反射規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)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(diǎn),紙板E上會(huì)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(shuō)明反射光線、入射光線與ON在▲內(nèi)。(2)小杭在測(cè)入射角和反射角大小時(shí)先只記錄了一組數(shù)據(jù),如表所示：實(shí)驗(yàn)序號(hào)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(shí)反射角與入射角關(guān)系的結(jié)論,理由：▲。例2為了探究光反射時(shí)的規(guī)律,同學(xué)們進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)。(1)為了完成實(shí)驗(yàn),需要的測(cè)量工具是▲。為了使光路更加明顯,實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在▲環(huán)境中進(jìn)行,并且紙板的表面要▲些。(2)把一個(gè)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(shí)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(shí),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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中多次改變?nèi)肷浣谴笮∪y(cè)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(shí)想觀察到反射光線,請(qǐng)另外再想出一種辦法：▲。實(shí)驗(yàn)四探究：平面鏡成像規(guī)律[教材第5節(jié)]實(shí)驗(yàn)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(jì)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(diǎn)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(diǎn)燃的蠟燭,豎立著在玻璃板后面移動(dòng),直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合為止。這個(gè)位置就是點(diǎn)燃的蠟燭所成像的位置。用筆在紙上記下這兩個(gè)位置。實(shí)驗(yàn)中,你觀察到的蠟燭的像與蠟燭的大小是否相同?移動(dòng)點(diǎn)燃的蠟燭到另一個(gè)位置,重做上面的實(shí)驗(yàn)。3、用直線把每次實(shí)驗(yàn)中的蠟燭和它的像的位置連起來(lái)、用刻度尺測(cè)量出它們到玻璃板的距離,并加以比較。將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中的蠟燭和像的連線與鏡面的夾角。5、將那支不點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),每次實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)驗(yàn)中的蠟燭和它的像的位置連起來(lái),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(diǎn)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▲。實(shí)驗(yàn)小貼士1、平面鏡所成像的亮度由反射回來(lái)的光的多少?zèng)Q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(diǎn)燃蠟燭,或不發(fā)光物體用燈照亮；同時(shí),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(shí)像與虛像：實(shí)像是由實(shí)際光線會(huì)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(shí)際光線會(huì)聚成的,而是由反射光線或折射光線反向延長(zhǎng)線會(huì)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(duì)稱關(guān)系,上下正立的同時(shí),左右是相反的。實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)提升例1在“探究平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)燃的蠟燭放在玻璃板的前面,再拿一支外形相同但不點(diǎn)燃的蠟燭,豎立著在玻璃板后面移動(dòng),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(shí),像和物體的▲。這里用不點(diǎn)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(shí)驗(yàn),用刻度尺分別測(cè)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(shí)▲。(3)用直線把每次實(shí)驗(yàn)中蠟燭和它的像在紙上的位置連起來(lái),發(fā)現(xiàn)像和物的連線與玻璃板▲。(4)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)將玻璃板豎直向上提起1cm,則蠟燭的像豎直向上移動(dòng)▲(填字母)。A、2cmB、1cmC、0.5cmD、Ocm例2為了探究平面鏡成像特點(diǎn),將一塊厚度為0.5cm的玻璃板(P、Q兩個(gè)平面都可以作為平面鏡使用)豎直架在水平臺(tái)板上面,再取一根蠟燭豎直置于玻璃板左側(cè),點(diǎn)燃玻璃板左側(cè)的蠟燭A,如圖甲所示進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1)在實(shí)驗(yàn)中,小柯透過玻璃板看到了蠟燭A的兩個(gè)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?qǐng)D甲中的測(cè)量方法,改變蠟燭A的位置,認(rèn)真測(cè)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(cè)量方法錯(cuò)誤之處在于▲。(3)小柯?lián)Q用薄玻璃板后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是玻璃板沒有垂直于白紙放置,如圖乙所示。那么實(shí)驗(yàn)觀察到▲。實(shí)驗(yàn)五探究：光的折射[教材第5節(jié)]實(shí)驗(yàn)梳理提出問題：光從空氣斜射入水中時(shí),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(jì)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(diǎn),觀察水中折射光線的位置,并重復(fù)實(shí)驗(yàn)。2、將右側(cè)塑料板繞法線所在直線前后轉(zhuǎn)動(dòng),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(cè)量折射角的大小并記錄在表格中。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論：1、觀察多次實(shí)驗(yàn)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(dòng),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(shí)驗(yàn)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(shí)，折射光線向法線偏折，▲，入射角增大時(shí)，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(shí)的折射光線會(huì)沿著原入射光線的方向射出,可以得出結(jié)論：光的折射中,▲。實(shí)驗(yàn)小貼士1、一束光入射到兩種物質(zhì)的界面時(shí),一部分光被反射回原來(lái)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(shí),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(diǎn))時(shí),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(shí)驗(yàn)素養(yǎng)提升例1光從空氣斜射入水和玻璃時(shí)都會(huì)發(fā)生折射現(xiàn)象,那射入水和玻璃的折射情況會(huì)相同嗎?為了探究這個(gè)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(shí)驗(yàn),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(diǎn),如圖甲所示：(1)小華將玻璃磚的一個(gè)表面與MM′齊平放置,讓激光電筒發(fā)出的光線從A點(diǎn)向O點(diǎn)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?yàn)椤?，鑒于本實(shí)驗(yàn)的目的,此時(shí)最應(yīng)該記錄的兩條光線是▲。(2)接下來(lái)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(diǎn)向O點(diǎn)射入,這是為了保證▲,其實(shí)本實(shí)驗(yàn)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(duì)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。例2小圓意外發(fā)現(xiàn)：當(dāng)光沿某方向從半圓玻璃磚射向空氣時(shí),折射光消失而反射光卻變得更亮,如圖所示,老師告訴他這是光的全反射現(xiàn)象。小圓查閱資料并在老師的指導(dǎo)下展開探