聚焦光的反射和折射

唐衛(wèi)

光學與人們的生活聯(lián)系緊密，是現(xiàn)代科學領域最為活躍的前沿科學之一。光的反射定律和折射規(guī)律是光學中兩個重要的規(guī)律，也是近年來中考光學試題考查的熱點。

一、光的反射

1.定義：光在兩種物質(zhì)分界面上改變傳播方向又返回原來物質(zhì)中的現(xiàn)象，叫作光的反射。所有物體的表面都能反射光，我們能夠看到本身不發(fā)光的物體，就是因為他們反射的光進入了我們的眼睛。

2.光的反射定律：在反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi);反射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè);反射角等于入射角?？珊営洖椤叭€共面、兩線異側(cè)、兩角相等”。在光的反射現(xiàn)象中，入射光線是因，反射光線是果，所以為了體現(xiàn)這樣的因果關系，只能說“反射角等于入射角”，而不能說“入射角等于反射角”。法線是入射光線和反射光線的夾角的角平分線，法線是為了研究問題的方便而引入的物理量，沒有具體的物理含義，所以它常用虛線表示。在光的反射中，光路是可逆的。

3.在探究光的反射定律的實驗中，硬紙板在實驗中的作用：（1）顯示光的傳播路徑（具體操作是讓光貼著硬紙板射向鏡面）;（2）驗證反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)（具體操作是將硬紙板向前或向后折）;（3）可在硬紙板上畫出入射光線和反射光線的徑跡，便于分析反射角隨入射角的變化情況。

例1（2021·四川·南充）南充嘉陵江邊的夜景讓人流連忘返，下列現(xiàn)象與江面倒影形成原因相同的是（ ）。

A. 陽光下的影子 B. 梳妝鏡中的自己

C. 日食? ? ? ? ? ? ? ? D. 雨后彩虹

答案：B

例2（2021·湖南·衡陽）如圖1所示，是陳濤同學探究光的反射規(guī)律的實驗示意圖。他進行了下面的操作，回答下列問題。

（1）如圖甲，讓一束光貼著紙板沿某一個角度射到O點，經(jīng)平面鏡的反射，沿另一個方向射出，在紙上用筆描出入射光EO和反射光OF的徑跡。改變光束的入射角度，多做幾次，取下紙板，用量角器測量ON兩側(cè)的∠i和∠r，得到的結(jié)論是反射角 （選填“大于”、“等于”或“小于”）入射角。

（2）如圖乙，紙板ENF是用兩塊紙板連接起來的，把半面紙板NOF向前折或向后折，這時在NOF上看不到反射光線，說明反射光線、入射光線與法線 （選填“在”或“不在”）同一平面內(nèi)。

（3）使入射光線逐漸靠近法線ON，可觀察到反射光線 （選填“靠近”或“遠離”）法線。

（4）如果讓光線逆著OF的方向射向鏡面，會發(fā)現(xiàn)反射光線沿著OE方向射出，這表明：在光的反射現(xiàn)象中， 。

（5）陳濤同學還想用圖丙和圖丁模擬鏡面反射與漫反射，按照圖丙那樣，把幾根細針垂直插入一張硬紙板中，表示法線，當入射光線平行射到各入射點時，反射光線將平行射出。隨后將紙板隨意彎折，如圖丁所示，這時會看到“法線”不再平行，當入射光線平行射到各入射點上時，反射光線 （選填“平行”或“不平行”），根據(jù)你所學的知識判斷，漫反射 （選填“遵循”或“不遵循”）光的反射定律。

答案：（1）等于 （2）在 （3）靠近 （4）光路是可逆的 （5）不平行 遵循

二、光的折射

1.定義：光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，傳播方向會發(fā)生偏折，這種現(xiàn)象叫作光的折射。光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)，傳播方向會發(fā)生改變，傳播的速度也會改變。在光的折射現(xiàn)象中，光路具有可逆性。

2.規(guī)律：光折射時，折射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線兩側(cè)。光從空氣斜向射到水或玻璃表面時，折射角小于入射角。入射角增大時，折射角也增大。當光垂直射入水或玻璃表面時，在水或玻璃中的傳播方向不變。

3.光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時，不論空氣中的光線是入射光線還是折射光線，空氣中的角總是大于另一種介質(zhì)中的角。當光斜射到兩種物質(zhì)的分界面上時，會同時發(fā)生反射和折射現(xiàn)象，即一部分的光反射到原來的介質(zhì)中繼續(xù)傳播，其余的光折射進入另一種介質(zhì)中。我們看到水中的倒影總是比實際的景物要暗一些，這是因為只有一部分光發(fā)生了反射，而另一部分光折射進入水中。實驗時，為了便于觀察光的路徑，可在水中滴幾滴牛奶，借助一塊白色的塑料板顯示光路，便可清晰觀察入射光線、折射光線的位置。

例3（2021·江蘇·連云港）如圖2所示，一支固定好的激光筆向空水槽底部固定點O打出一束激光。向水槽內(nèi)加水使水面上升至A點，此時光斑在O點 側(cè)，這是因為發(fā)生了 現(xiàn)象。打開水槽底部水龍頭緩慢放水，同時觀察到水槽底部光斑向 移動。

答案：左 光的折射 右