光的反射定律实验仪器的改进

陕西师范大学附属中学  许景敏 

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摘要：常规光的反射定律实验仪器存在的问题，与实验仪器的改进。反射光线与入射光线和法线共面不再是介绍，真正来源于观察与实验。

关键词：光的反射定律 实验仪器 改进

Abstract: problems in general experimental instrument of law of reflection of light, and the improvement of laboratory instruments. Reflected light coplanar and the incident Ray and the normal is no longer introduced, really comes from observation and experiment.

Key words: improving the experiment equipment law of reflection of light

一、    问题的提出

1.光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角。

2.通过实验寻找反射光线与入射光线之间的位置关系，确立反射光线与入射光线、法线在同一平面上。

（1）实验装置简介：常规实验装置按照如图1所示。选择对光反射能力强的平面镜M做反射面，为了显示入射光束和反射光束，用白色硬纸板E、F作为入射面和反射面显示光束传播的路径。光源常选择半导体激光器，为了能在光屏上有效观察到光的传播路径，常常在激光出射端加装了线状扩光器。这样入射光束实际上是一束线状光带（如图2所示），以便能在光屏上清晰地显示入射光束及反射光束。

http://s13/mw690/001kTwRszy7j5RvOo0Y1c&690

图1                图2

（2）实验过程：光的反射定律实验验证反射光线、入射光线与法线处于同一个平面内，其操作步骤如下

①按图3所示，先使E、F成为同一平面，并保持与平面镜垂直，使入射光束在E平面内沿纸板射向E、F平面的交线NO与镜面交点上的O点，能够在平面F上观察到从镜面反射的光束。

http://s10/mw690/001kTwRszy7j5RwUYn7e9&690

       图3                图4

②按图4那样，保持入射光束和入射面E不动，将平面F绕E、F平面的交线ON（法线）为轴，使平面F向后折或向前折，观察F平面上是否能够找到反射光线。

（3）分析和论证：

①上述步骤①可看到E和F在一个平面内时有反射光束。

  ②按步骤②把纸片F向前折或向后折，将观察不到反射光线。

（4）故此总结出光发生反射时：反射光线与入射光线、法线在同一平面内。

3.实验预设与操作的冲突：

实际操作时会发现当平面F绕着E、F平面间的交线NO转动时，F平面向后转动，的确观察不到反射光束；而当F平面向前转动时，会观察到如图5所示甲、乙、丙的状况，甚至于实验中F平面明显和E平面不在同一平面内，也会观察到图5丙示反射光束。

http://s1/mw690/001kTwRszy7j5RxzT2070&690

       图 5甲              图5乙            图5丙

二、对实验设计与操作的冲突理论分析

实际上入射面和反射面都是反射界面的法平面，当入射光线AO严格的按照法平面射入时，就不会在平面E内看到入射光的路径，也更不会再同一平面的F平面内看到反射光束。

（1）若实验中不用线状扩光器，直接用半导体激光器发出的光束作实验，而我们能够看到平面E上有入射光束掠过的痕迹，那是由于入射光本身不是“光线”，而是“光束”；而且其射入时是稍倾斜于入射面E内射向平面镜M的，这样才会在平面E上看到入射光束掠过的痕迹，这样反射光束自然会出现有反射向法平面E前方的光线，因此当平面F向前转动时，会看到反射光束。

（2）若实验中用半导体激光器发出的光束加上用线状扩光器，其本身射向平面镜的光束就不是在E平面内射向平面镜上O点的，因此反射光束中本身就带有向E平面前方的反射光束，所以，当F平面向前转动时，才会看到反射光束。

三、对现有实验仪器的改进

1.实验装置的制作及组装使用：

的如图6所示，制作两个矩形无底方玻璃盒，长约25cm，高约30cm，厚约1.0cm（不可太厚），将相同的两个矩形玻璃盒按图7所示放置在一块较大的平面玻璃镜上，使无底的一面向下，在两玻璃盒内装上少许烟雾，用不带扩光束的激光笔发出的光束作实验，直接从玻璃盒的侧面将光束照射进一个玻璃盒，同时使光束射向两玻璃盒的交界面与平面镜的交点处（选为入射点），当两玻璃盒共面时，会在另一个玻璃盒内看到反射光线，当把另一玻璃盒绕其对接处向前或向后转动都不能找到反射光束。

http://s3/mw690/001kTwRszy7j5RyzGIGa2&690

             图6                             图7

2.使用注意事项：

（1）在两个方形玻璃盒中装烟雾多少要适当，不能过少，也不能过浓；过少光束的传播路径不清晰，过多光束很快会衰减，导致反射光束也会较弱看不太清楚。

（2）使用过后要及时清理玻璃盒中及平面镜上的烟雾，防止烟雾附着。

（3）使用时，平面玻璃镜要放置水平，两玻璃盒放置竖直，转动时防止侧倒。