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  一、观察思考

 

  在遮蔽门窗的教室内,打开电灯,我们不仅能看到发光的电灯,同时还能看到桌椅、墙壁、同学以及周围一切本身不发光的物体。这是什么原因呢?

 

  讨论引导

 

  人们能看到发光的物体(例:灯),是因为物体(灯)发出的光进入了我们的眼睛。我们能看到不发光的物体,应该是物体上的光线进入我们的眼睛,不发光的物体上的光线从那里来呢?是不是与它们周围的光源发出的光有关呢?

 

  有关,证据:关灯,一片漆黑,看不到桌椅、周围的人和物。

 

  总结:我们看到本身不发光的物体,是由于物体的表面将照射到它上面的光线反射到我们眼睛的原因。

 

  如果没有光的反射呢?(逆向思考)在生活中,我们就看不到不发光的物体。

 

  通过实验推理,得到从现象到本质的分析结果。

 

  二、探究光的反射

 

  反射是生活中常见的现象,反射光和入射光有什么关系呢?

 

  (一)观察动手实验:器材:手电筒、小镜、桌子

 

  在桌面上放一块平面镜,用手电筒光斜射到镜子上,经平面镜反射后在墙壁上得到一个明亮的光斑。改变手电筒的入射方向,会发现墙壁上的光斑也会随之移动;如保持手电筒的入射光线的方向不变,轻轻敲动桌面,会发现光斑也会轻轻的抖动。在这个现象中,涉及到“入射光线的方向、平面镜的位置、反射光线的方向”三个量,思考在手电筒的两个小现象中,分别是哪几个量的改变和哪几个量并没有发生变化,学生经过讨论思考后得出分别是“平面镜的位置不变,反射光线方向和入射光线方向改变”和“入射光线方向不变,平面镜位置和反射光线方向改变”。这就是“控制变量”的研究方法。这样就为研究光的反射定律提供了两种可行的方法:一、保持镜子不动,研究入射光线和反射光线的相互关系;二、保持入射光线的方向不变,改变镜子的位置,研究入射光线和反射光线的相互关系。学生通过对日常生活中一个现象的观察和思考得出实验验证的方法,这是“物理学科思维方法的体现。

 

  (二)实验中如何清晰显示入射光线和反射光线呢?

 

  一些书上介绍有:1.用手电筒;2.肥皂水箱;3.烟雾箱;4.缝光源;5.用激光笔。

 

  讨论后选取最简单、易用方法,应是用激光笔。用激光笔把光照射在白纸板上,调节激光笔的位置,可看到一束红色的光线照射到纸板上,经镜面反射后可清晰的看到反射的红色光线。

 

  观察对比,选取最优实验手段。

 

  (三)法线的引入

 

  看到反射现象,你能描述出反射光线在空间中的位置吗?

 

  联想:从地理学中知道,当规定了经度纬度后,就知道一个国家的具体位置。从立体空间来说,反射光线在各个方向上都有可能存在。那么反射光线的方位怎样确定呢?以谁为判断标准呢?

 

  以入射光线和镜面的夹角吗?不妥。1.入射光线和镜面的夹角经常改变,并不固定。2.线与面的夹角就是线与线在面上的射影的夹角(高中知识,对初中学生不做要求),提到射影就要联系到垂直,还不如直接在特殊点(入射点)做垂直于镜面的直线──法线来的方便。引入法线,就将入射光线、反射光线、镜面都围绕法线联系起来。在反射现象中,引入法线后,入射光线与法线可以确定一个平面(两条相交直线确定一个平面),从而研究反射光线是否和入射光线、法线在同一平面。实验中,如书上图224以法线ON为轴,将白色硬纸板绕法线缓慢旋转向前或向后,在白纸板上看不到反射光线。只有成平面时才看到反射光线。结论:在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内①。再观察发现,反射光线和入射光线分居在法线两侧②,证据:无论怎样改变入射光的方向,反射光线总在法线另一侧出来。

 

 

  在这个研究过程中,首先把反射光线限制在一个平面内,进一步把反射光线限制在NOB1/4平面内(图一),最后确定反射线的位置。

 

  由远及近,由大到小,逐步缩小研究范围。

 

  只有再确定角度关系,才能把反射光线具体位置表述出来。

 

  规定:入射角:入射光线跟法线的夹角;

 

        反射角:反射光线跟法线的夹角。

 

  引导学生猜想,反射角可能等于入射角,你打算用哪些器材来研究这两个角的关系。

 

  量角器、或带有角度的纸板。

 

  多次改变入射角,观察并及时记录,通过比较发现,反射角随着入射角的增大而增大,随入射角的减小而减小,每一次,反射角都等于入射角。

 

  得出结论:反射角等于入射角③。

 

  由①、②、③可得反射定律。

 

  任何结论都是需要多次验证,仅凭一组数据概括物理规律是不严密的,多次测量就是为了减小偶然性与特殊性。

 

  引导学生利用直尺和圆规画光的反射图,用理想化的光线描述光的传播规律,通过画光路图建立模型,将反射过程表达清晰。

 

  用作图法来研究物理问题,能直观、形象的揭示物理问题和物理过程的本来面目,有利于对于物理问题的理解和解决。类似如:晶体的熔化、凝固图像。

 

  三、光路具有可逆性

 

  当光垂直射向平面镜时,反射光沿原路返回。证据:手上有光斑,引导我们逆向思考,光路具有可逆性吗?

 

  做实验:

 

  把入射光线沿学生实验画出的反射光线的位置射到镜面,观察反射光线的位置,发现其反射光线与原入射光线重合,从而说明反射时光路是可逆的。

 

  逆向思维是物理研究中的重要方式,最著名的例子:奥斯特发现了电流的磁效应之后,法拉第思考,既然电能生磁。那么,磁也能生电,经过不懈研究,最后发现了电磁感应,利用它制成了发电机,为今天大规模利用电能打下基础。

 

  四、镜面反射和漫反射

 

  用强光斜射到平面镜上,会在墙上产生一个明亮的光斑,用白纸反射,则不会产生光斑,要求学生对比观察,提出问题,这是为什么。引导学生从反射面分类,不同的表面对光的反射不一样,当一束光射向光滑平整的镜面(或类似面),反射光仍然是平行光束,这种反射称为镜面反射。镜面反射只能在特定的角度看到很强的光。

 

  平行光束照射到粗糙不同的反射面时,反射光不再是平行光束,而变成向各个方向散开的光,这种反射称为漫反射。发生漫反射时,无论从什么角度看,都有部分反射光进入观察者的眼睛,但没有特定的角度得到强光。

 

  分类法是对比不同物体(物质)性质特点常用的方法,如:固体按有无熔点分为晶体和非晶体。

 

  五、探究时要注意强调

 

  (1)反射角是反射光线与法线之间的夹角,而不是反射光线与镜面间的夹角,入射角同理。

 

  (2)法线是一条假想的重要几何线,它有以下特点:a.法线在入射光线和反射光线的中间;b.法线过入射点垂直反射面(常见镜面);c.法线总是与反射光线跟入射光线所成夹角的角平分线重合。在做反射现象习题中,它用来确定入射光线、反射光线在空间里的方位。

 

  (3)从因果关系来说,先有入射角,后有反射角,因此应是反射角等于入射角,不能说入射角等于反射角。

 

  (4)反射角随着入射角的变大而变大,且反射角每时每刻都等于入射角。入射角为0°时,反射角为0°,此时入射光线、反射光线、法线三线重合。

 

  (5)镜面反射和漫反射都遵守反射定律。

 

  (6)要能熟练地使用圆规和直尺,根据光的反射定律画光路图。做图时,光线画实线并标以箭头以表示光的前进方向,反射面要画成带斜线的线段,法线要用虚线表示。许多题要用光路具有可逆性来补画完整的反射光路。

    
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