内容正文:
八年级科学上册重点专题提优讲义
第1章 对环境的察觉
第3讲 光的反射
总体构架
光的反射现象
光的反射定律
镜面反射和漫反射
光的反射定律的应用——反射面平动
光的反射定律的应用——反射面转动
光的反射定律的应用——作反射面
探究光的反射定律
一、光的反射
1.定义
光从一种介质射向另一种介质表面时,一部分光被反射回原来介质的现象。
光射到任何物体表面都能发生反射,我们能看到不发光的物体,就是因为它们反射的光射入了眼睛。
【特别提示】光可以发生反射,声音也可以发生反射。光在反射时有一部分会被物体吸收。
2.理解要点
(1)反射现象发生在某种介质表面,或两种透明介质的分界面处。
(2)反射光线和入射光线在同一种介质中,只是改变了光的传播方向,光的传播速度不变。
【例1】下列几种现象中,与光的反射有关的是( )
A. 太阳光下人的影子
B. 晚上看到五颜六色的霓虹灯
C. 人们看到皎洁的圆月
D. 小孔成像
【特别提示】我们看到本身不发光的物体,是因为这些物体反射的光进入了人眼。
【知识储备】霓虹灯是光源,我们看到光源,是因为光源发出的光进入了眼睛。月亮不是光源,我们看到月亮,是因为它反射的光进入了眼睛。
二、光的反射定律
1.基本概念
一点(即入射点O ),一面(即反射面),二角(即入射角i和反射角r ),三线(即法线ON、入射光线AO和反射光线OB ),如图所示。
(1)法线:经过入射点垂直于反射面的直线(ON);
(2)入射角:入射光线与法线的夹角(∠AON,即∠i );
(3)反射角:反射光线与法线的夹角(∠NOB,即∠r )。
【建构模型】为了更方便准确地描述入射光线、反射光线的空间位置,我们引入了“法线”:
①法线是过入射点且与反射面垂直的直线。
②法线用虚线表示。
③法线并不真实存在。
2.实验探究:探究光的反射定律
(1)实验步骤
如图所示,平面镜水平放置,将一块标有刻度的白色纸板竖直地立在平面镜上,纸板由E、F 两部分组成,可绕接缝ON 翻折。
①按图所示,先使E、F成为同一平面,使入射光线沿纸板射向镜面上的O点,观察从镜面反射出的光线的方向;改变入射光线的方向,让学生观察反射光线的方向怎样改变(每次均画出入射光线和反射光线并记录入射角和反射角的大小)
②按图示那样,把纸片F向前折或向后折,观察是否能看到反射光线。
(2)交流讨论
①E和F在一个平面内时有反射光线,且反射光线随着入射光线的改变而改变;
②反射角等于入射角;
③把纸片F向前折或向后折,观察不到反射光线。
【实验分析】(1)光沿着纸板射向平面镜的O点的目的,利用纸板对光的反射,来显示光的传播路径。
(2)将纸板F 绕接缝ON 向前或向后翻折时,纸板F 没有显现反射光,说明了什么?
说明纸板F和纸板E不在同一平面内时就看不到反射光,说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
(3)深度思考纸板F 向前或向后翻折后,光沿着纸板E 射向平面镜O 点有无反射光?
两块纸板不在同一平面内时,光沿着纸板E 射向平面镜O 点,反射光在原来的位置,只是人们看不到反射光。
3.光的反射定律
反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
(1)简记光的反射定律
①三线共面:即反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
②两线分居:即反射光线与入射光线分居在法线的两侧;
③两角相等:即反射角等于入射角。
(2)定律中的因果关系:先有入射光线,后有反射光线,故定律中的“反射角等于入射角”,不能表述为“入射角等于反射角”。
【例2】[舟山中考]如图,小舟利用平面镜研究光的反射定律,下列说法错误的是( )
A.AO是入射光线
B.反射角等于30°
C.将激光笔靠近N时,光线OB会靠近ON
D.绕ON前后转动F板,F板上观察不到光线
4.在反射现象中,光路是可逆的。
如图所示,在探究光的反射定律的实验中,如果光沿着A方向照射到平面镜的O 点,反射光沿着B方向射出;在纸板上描出入射光线A 和反射光线B 的路径;让光逆着B 方向射到平面镜的O 点,你会发现反射光也逆着A 的方向射出。
【特别提示】(1)正确理解入射角和反射角的定义。不要错将入射光线与镜面的夹角当成入射角,将反射光线与镜面的夹角当成反射角。
(2)由规律中的“反射角等于入射角”进一步分析可知,法线其实就是反射光线与入射光线夹角的角平分线。这一条规律在光学作图中,常用来确定平面镜的位置。
(3)当光线垂直入射时,入射角等于0度,反射角也等于0度。
(4)当入射角增大时,反射角也增大。
【例3】画出图中入射光线AO的反射光线并标出反射角的大小。
【特别提示】光学作图应注意:线的虚实、角度的大小和箭头的方向。
【方法点拨】任知镜面、入射光线、反射光线三个条件中的两个,就可以利用光的反射定律画出第三个条件。
【例4】小明用如图所示的装置“探究光的反射定律”。
(1)表面粗糙的纸板应_____立在水平平面镜上,让一束光紧贴纸板A 射向镜面上的O点,在纸板B上呈现出反射光束,以ON为轴,把纸板B 向后翻折,纸板B 上的反射光束消失。由此可初步得出:反射光线、入射光线和法线____________。
(2)把纸板B 翻折至能呈现反射光束的位置后,让纸板A 上的入射光束绕O点顺时针转动,此过程中反射角的大小变化情况是_____。
(3)若将图中纸板整体以底边EF为轴向后旋转45°后,纸板B上_____(填“能”或“不能”)呈现出反射光束。
三、镜面反射和漫反射
1.反射类型:镜面反射和漫反射。
镜面反射:光线射到平滑的物体表面上发生的反射。
漫反射:光线射到粗糙不平的物体表面上发生的反射。
2.镜面反射和漫反射的对比
反射类型
镜面反射
漫反射
相同点
都是光的反射现象,都遵循光的反射定律
不同点
反射面
平整光滑
凹凸不平,粗糙
反射光
平行光线射到反射面上,反射光线仍是平行
平行光线射到反射面上,反射光线射向各个方向
光路图
人的感觉
迎着反射光线的方向看去感觉刺眼,看不清物体
从各个方向都能看清物体
举例
黑板反光、平静水面在阳光照射下刺眼
看电影、看书、看报
理解要点:当我们感到不发光的物体非常亮时,是因为光线在物体上发生了镜面反射,反射光线全部都进入我们的眼睛;
当我们感到物体比较暗时,是因为光线在物体上发生了漫反射,反射光线有一部分进入我们的眼睛。我们能看清本身不发光的物体,就是因为发生了漫反射。
3.光污染
现在,城市里越来越多的高楼大厦采用玻璃幕墙、磨光的大理石作为装饰。由于阳光射到玻璃表面发生了镜面反射,玻璃外墙将射向玻璃表面的光线反射回来,射到周围房间内或行人的眼睛中,对他人造成干扰或伤害。
【特别提示】镜面反射和漫反射不是判断人眼感觉物体亮暗的依据,反射光线进入人眼的多少,才是判断人眼感觉物体亮暗的依据。如果镜面反射的光正好进入人眼,人感觉要比漫反射亮,如果镜面反射的光没有进入人眼,人感觉它很暗,不如漫反射亮。
4.光的反射在科技和生活中的应用
红宝石激光器:使很强的激光多次反射形成激光束;
自行车尾灯:晚上汽车的灯光不论从哪个方向射向自行车尾灯,光线都会反向射回……
【例5】如图所示,雨后的晚上,天刚放晴,地面虽已干,但仍有不少水潭,为了不致踩在水潭里,则( )
A. 迎着月光走,地上较暗处是水潭
B. 迎着月光走,地上较亮处是水潭
C. 背着月光走,地上较暗处是地面
D. 背着月光走,地上较亮处是水潭
【方法点拨】亮暗程度的判断主要是通过对比法,干处和湿处的亮暗程度是相对而言的,要对比反射到观察处的反射光线的多少。
【特别提示】在生活中,眼睛被玻璃的镜面反射光“晃”花,但不要误认为在任何情况下镜面反射带来的视觉效果一定就是明亮、刺眼。
【例6】晚自习,小明和小亮在实验室探究“光的反射现象”,他们把一个小平面镜粘在白纸上,将白纸贴在黑板上,两人面对黑板保持适当距离站立,小明站在左侧用手电筒照射白纸板和平面镜,结果站在黑板正前方的小亮发现白纸看上去很亮,镜子看上去很暗;此时小亮想看见镜子比白纸亮。
小亮的下列做法可行的是( )
A.向自己左边平移一定距离
B.向自己右边平移一定距离
C.向自己后边平移一定距离
D.请小明将手电筒光调亮一些
【方法点拨】(对比法)亮暗程度主要是通过对比来判断的,平面镜和纸面的亮暗是相对而言的,需要对比到达观察者反射光的多少。
1.光的反射定律的应用——反射面平动
【例1】有一台利用光电原理控制液面高度的仪器,它能将光信号转化为电信号进行处理,通过光束在液面上的反射光线打到光电屏上来显示液面高度。如图所示,当光电屏上的光点S1移动到S2时,表示液面____________(填“上升”“下降”或“不变” )。
【方法点拨】利用光的反射定律作图,入射光线的传播方向不变,反射面平移时,则反射光线也平移(利用平移法进行作图)。
2.光的反射定律的应用——反射面转动
【例2】把微小放大以利于观察,这是物理学中一种重要的方法。如图8是一种显示微小形变的装置。A为激光笔,B、C是平面镜,P为台面,未放重物时,激光束反射在屏上的光斑为点D,当把重物M放在台面P上时,台面将发生微小形变,以下说法正确的是( )
A. 平面镜B上的入射角变小,光斑向D点的左侧移动
B. 平面镜B上的入射角变小,光斑向D点的右侧移动
C. 平面镜B上的入射角变大,光斑向D点的右侧移动
D. 平面镜B上的入射角变大,光斑向D点的左侧移动
【方法点拨】(1)探究声音产生条件的实验中,利用乒乓球将音叉的振动放大;探究温度计工作原理的实验中,利用细玻璃管将液泡中液体体积变化放大,都利用了放大法。
(2镜面不动,入射光线转动,反射光线转过的角度与入射光线转过的角度相同;入射光线不动,镜面转动,反射光线转过的角度是镜面转动角度的2倍。
本专题在中考中的主要考点是探究光的反射规律、光的反射规律的应用、镜面反射和漫反射、光的反射作图等,一般以考查概念和规律的理解与识记的选择题和填空题、作图题、探究题为主,难度中等。
考法1:光的反射定律的应用——作反射面
【例1】[东营中考]如图所示,护林员利用一块平面镜使此时的太阳光水平射向山洞中P点,请你通过作图标出平面镜的位置,并标出反射角的度数。
【特别提示】由“太阳光水平射向山洞中P点”可知,反射光线水平且过P点。
【易错警示】光的反射作图应注意:(1)法线是虚线;(2)镜面的背面应画上一些小斜线。
考法2:探究光的反射定律
【例2】[泰州中考]探究光的反射定律。
(1)如图甲,先将平面镜A放在水平桌面上,再将硬纸板B___________放置在平面镜A上,让激光紧贴纸板射向O点。
(2)为了显示光路,纸板的表面应___________(填“光滑”或“粗糙” )些,在纸板上标出刻度是为了方便测量___________的大小。
(3)多次改变入射光的方向,测得了几组数据如表所示,由此可得出,反射角与入射角大小___________(填“相等”或“不相等” )。
序号
入射角
反射角
1
30°
30°
2
45°
45°
3
60°
60°
(4)接下来老师进行了如下演示,先用加湿器使整个教室充满雾气,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示__________的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图乙所示的情景,老师水平方向缓慢转动圆台,当我们观察到__________时,可判断反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
【实验技巧】1.纸板的特征:
(1)粗糙:更好地显示光路,使各个方向都能看清光路。
(2)标有刻度:方便测量入射角和反射角。
(3)可绕中轴转动:便于验证反射光线、法线和入射光线在同一平面内。
(4)竖直放置:使入射光线、反射光线、法线均能在纸板上呈现。
2.中多次测量不是为了求平均值来减小实验误差,而是为了得到具有普遍性的规律。
3.环境:
(1)较暗:在较暗的环境中观察光路,感觉更清楚。
(2)充水雾或烟雾:利用光的反射显示光路。
1.黑暗的房间里有两盏电灯,只有一盏灯点亮,但人能看到未点亮的灯泡。以下对于“看到未点亮灯泡”所画的光路图,正确的是( )
2.如图所示的四个光路图中,MM'为平面镜,PO为入射光线,ON为法线,入射角∠PON等于60°,其中符合光的反射定律的光路图是( )
3.一本科学教材掉到地上,小聪和小明从不同的位置都看到了它,下列有关说法正确的是( )
A. 小聪看到教材是光发生漫反射,小明看到教材是光发生镜面反射
B. 小聪看到教材是光发生镜面反射,小明看到教材是光发生漫反射
C. 小聪和小明看到教材都是光发生漫反射
D. 小聪和小明看到教材都是光发生镜面反射
4.如图是晚上汽车在干燥的沥青路面和潮湿的沥青路面上行驶时大灯部分光路简图,在晚上开车时 ( )
A.潮湿的路面更容易发生光漫反射
B.干燥的路面发生光的折射
C.对面无车时,驾驶员看潮湿的路面更暗
D.照射到干燥路面上的光不遵循光的反射定律
5.如图所示,在一明一暗的相邻两室内的隔壁墙上竖直放置一个平面镜,甲乙二人分别在AB两点 , 面向平面镜张望 , 若, 则( )
A.甲能看到乙,乙看不到甲
B.甲、乙都可以相互看到
C.甲看不到乙,乙也看不到甲
D.甲看不到乙,乙能看到甲
6.一束光AO射向平面镜,光线AO与镜面的夹角如图所示,则反射角的大小为__________。现在城市里很多高楼大厦采用玻璃幕墙作为装饰,当强烈的太阳光照射到玻璃幕墙时,就会发生__________反射,造成“光污染” 。
7.为避免交通事故的发生,人们应用“荷式开车门”:右手开左门,左手开右门。这样开车门人的上半身会自然而然地转动,车侧后方的光通过后视镜经过__________进入人的眼睛,然后人转身的时候向后看,由于__________有光从物体射入人的眼睛,扩大了视野。
8.教室里各个位置的同学都能看到黑板上的字,这是因为光在黑板上发生__________(填“漫”或“镜面” )反射的缘故;个别同学被前方高个子同学挡住,看不到黑板上的一些字,这是因为光在均匀介质中沿__________传播的缘故。
9.如图所示,EF表示平面镜,AO为入射光线,ON为法线,∠AON等于45°。若∠BON等于30°,∠CON等于45°,∠DON等于60°,则入射光线AO的反射光线是________。
10.请根据图中的反射光线OB,画出入射光线AO。
11.如图所示是两个相互垂直的平面镜,请在图中作出沿ab方向入射的光线经平面镜S1、S2反射后的光路(保留必要的作图痕迹),经两平面镜反射后的光线将与原入射光线__________射出;有人大胆猜想:用激光笔照射在月球上的镜子就可以测量月球和地球之间的距离,若从发射激光到接收反射回的激光共用时2.56 s,月球和地球间的距离约为__________m。(v光=3.0×108m/s)
12.如图所示是“探究光的反射规律”的实验装置。
(1)白纸的主要作用是________________________。
(2)实验中,放置平面镜和白纸的顺序是:先把一个小平面镜竖直立在一块长方形木板上,然后把一张白纸平铺在木板上,使白纸边缘紧贴平面镜放置,而不是先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上,这样做的好处是________________________________________________。
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八年级科学上册重点专题提优讲义
第1章 对环境的察觉
第3讲 光的反射
总体构架
光的反射现象
光的反射定律
镜面反射和漫反射
光的反射定律的应用——反射面平动
光的反射定律的应用——反射面转动
光的反射定律的应用——作反射面
探究光的反射定律
一、光的反射
1.定义
光从一种介质射向另一种介质表面时,一部分光被反射回原来介质的现象。
光射到任何物体表面都能发生反射,我们能看到不发光的物体,就是因为它们反射的光射入了眼睛。
【特别提示】光可以发生反射,声音也可以发生反射。光在反射时有一部分会被物体吸收。
2.理解要点
(1)反射现象发生在某种介质表面,或两种透明介质的分界面处。
(2)反射光线和入射光线在同一种介质中,只是改变了光的传播方向,光的传播速度不变。
【例1】下列几种现象中,与光的反射有关的是( )
A. 太阳光下人的影子
B. 晚上看到五颜六色的霓虹灯
C. 人们看到皎洁的圆月
D. 小孔成像
解题秘方:分析光的传播路径,根据定义进行判断,或根据识记直接判断。
【解析】产生“影子”、小孔成像,看到霓虹灯时,光在同种介质中,沿直线传播;看到圆月,光发生了反射。
【答案】C
【特别提示】我们看到本身不发光的物体,是因为这些物体反射的光进入了人眼。
【知识储备】霓虹灯是光源,我们看到光源,是因为光源发出的光进入了眼睛。月亮不是光源,我们看到月亮,是因为它反射的光进入了眼睛。
二、光的反射定律
1.基本概念
一点(即入射点O ),一面(即反射面),二角(即入射角i和反射角r ),三线(即法线ON、入射光线AO和反射光线OB ),如图所示。
(1)法线:经过入射点垂直于反射面的直线(ON);
(2)入射角:入射光线与法线的夹角(∠AON,即∠i );
(3)反射角:反射光线与法线的夹角(∠NOB,即∠r )。
【建构模型】为了更方便准确地描述入射光线、反射光线的空间位置,我们引入了“法线”:
①法线是过入射点且与反射面垂直的直线。
②法线用虚线表示。
③法线并不真实存在。
2.实验探究:探究光的反射定律
(1)实验步骤
如图所示,平面镜水平放置,将一块标有刻度的白色纸板竖直地立在平面镜上,纸板由E、F 两部分组成,可绕接缝ON 翻折。
①按图所示,先使E、F成为同一平面,使入射光线沿纸板射向镜面上的O点,观察从镜面反射出的光线的方向;改变入射光线的方向,让学生观察反射光线的方向怎样改变(每次均画出入射光线和反射光线并记录入射角和反射角的大小)
②按图示那样,把纸片F向前折或向后折,观察是否能看到反射光线。
(2)交流讨论
①E和F在一个平面内时有反射光线,且反射光线随着入射光线的改变而改变;
②反射角等于入射角;
③把纸片F向前折或向后折,观察不到反射光线。
【实验分析】(1)光沿着纸板射向平面镜的O点的目的,利用纸板对光的反射,来显示光的传播路径。
(2)将纸板F 绕接缝ON 向前或向后翻折时,纸板F 没有显现反射光,说明了什么?
说明纸板F和纸板E不在同一平面内时就看不到反射光,说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
(3)深度思考纸板F 向前或向后翻折后,光沿着纸板E 射向平面镜O 点有无反射光?
两块纸板不在同一平面内时,光沿着纸板E 射向平面镜O 点,反射光在原来的位置,只是人们看不到反射光。
3.光的反射定律
反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;反射光线、入射光线分别位于法线两侧;反射角等于入射角。
(1)简记光的反射定律
①三线共面:即反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
②两线分居:即反射光线与入射光线分居在法线的两侧;
③两角相等:即反射角等于入射角。
(2)定律中的因果关系:先有入射光线,后有反射光线,故定律中的“反射角等于入射角”,不能表述为“入射角等于反射角”。
【例2】[舟山中考]如图,小舟利用平面镜研究光的反射定律,下列说法错误的是( )
A.AO是入射光线
B.反射角等于30°
C.将激光笔靠近N时,光线OB会靠近ON
D.绕ON前后转动F板,F板上观察不到光线
解题秘方:移动激光笔,使射向O点入射光线AO慢慢地向ON位置靠近,则入射角减小,反射角也减小,则反射光线会靠近法线;要研究入射光线、法线、反射光线是否在同一平面内,我们可以以法线为轴线转动光屏,通过现象进行判断。
【解析】A、射向镜面的光线为入射光线,由图知入射光线从激光笔沿OA射向镜面,所以AO是入射光线,故A正确;B、由图知入射角为60°,由于反射角等于入射角,所以反射角也是60°,故B错误;C、若把入射光线OA靠近ON,则入射角减小,根据反射角等于入射角可知,反射角也会减小,所以反射光线OB也会靠近ON,故C正确;D、绕ON前后转动F板,由于两个面不在同一平面内,所以F板上观察不到光线,故D正确。
【答案】B
4.在反射现象中,光路是可逆的。
如图所示,在探究光的反射定律的实验中,如果光沿着A方向照射到平面镜的O 点,反射光沿着B方向射出;在纸板上描出入射光线A 和反射光线B 的路径;让光逆着B 方向射到平面镜的O 点,你会发现反射光也逆着A 的方向射出。
【特别提示】(1)正确理解入射角和反射角的定义。不要错将入射光线与镜面的夹角当成入射角,将反射光线与镜面的夹角当成反射角。
(2)由规律中的“反射角等于入射角”进一步分析可知,法线其实就是反射光线与入射光线夹角的角平分线。这一条规律在光学作图中,常用来确定平面镜的位置。
(3)当光线垂直入射时,入射角等于0度,反射角也等于0度。
(4)当入射角增大时,反射角也增大。
【例3】画出图中入射光线AO的反射光线并标出反射角的大小。
答图
解题秘方:利用反射定律中“两角相等”的知识作图。
【解析】已知反射面和入射光线画反射光线,可根据反射角等于入射角直接画反射光线。
解:如图所示。
【特别提示】光学作图应注意:线的虚实、角度的大小和箭头的方向。
【方法点拨】任知镜面、入射光线、反射光线三个条件中的两个,就可以利用光的反射定律画出第三个条件。
【例4】小明用如图所示的装置“探究光的反射定律”。
(1)表面粗糙的纸板应_____立在水平平面镜上,让一束光紧贴纸板A 射向镜面上的O点,在纸板B上呈现出反射光束,以ON为轴,把纸板B 向后翻折,纸板B 上的反射光束消失。由此可初步得出:反射光线、入射光线和法线____________。
(2)把纸板B 翻折至能呈现反射光束的位置后,让纸板A 上的入射光束绕O点顺时针转动,此过程中反射角的大小变化情况是_____。
(3)若将图中纸板整体以底边EF为轴向后旋转45°后,纸板B上_____(填“能”或“不能”)呈现出反射光束。
【解析】(1)实验前,应将纸板竖直放置于平面镜上,这样反射光线才可以在硬纸板上呈现;把纸板B 向后翻折,纸板B上的反射光束消失,这时呈现反射光线的纸板B 和呈现入射光线的纸板A 不在同一平面内。可此可见,反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
(2)纸板A 上的入射光束绕O 点顺时针转动,入射角减小,而反射角随入射角的增大而增大,减小而减小,故反射角减小。
(3)若将图中纸板整体以底边EF 为轴向后旋转4 5 °后,此时反射光线仍在入射光线和法线所在的平面内,只不过纸板不在这个平面内,纸板B 上不能呈现出反射光束。
【答案】(1)竖直 在同一平面内 (2)减小 (3)不能
三、镜面反射和漫反射
1.反射类型:镜面反射和漫反射。
镜面反射:光线射到平滑的物体表面上发生的反射。
漫反射:光线射到粗糙不平的物体表面上发生的反射。
2.镜面反射和漫反射的对比
反射类型
镜面反射
漫反射
相同点
都是光的反射现象,都遵循光的反射定律
不同点
反射面
平整光滑
凹凸不平,粗糙
反射光
平行光线射到反射面上,反射光线仍是平行
平行光线射到反射面上,反射光线射向各个方向
光路图
人的感觉
迎着反射光线的方向看去感觉刺眼,看不清物体
从各个方向都能看清物体
举例
黑板反光、平静水面在阳光照射下刺眼
看电影、看书、看报
理解要点:当我们感到不发光的物体非常亮时,是因为光线在物体上发生了镜面反射,反射光线全部都进入我们的眼睛;
当我们感到物体比较暗时,是因为光线在物体上发生了漫反射,反射光线有一部分进入我们的眼睛。我们能看清本身不发光的物体,就是因为发生了漫反射。
3.光污染
现在,城市里越来越多的高楼大厦采用玻璃幕墙、磨光的大理石作为装饰。由于阳光射到玻璃表面发生了镜面反射,玻璃外墙将射向玻璃表面的光线反射回来,射到周围房间内或行人的眼睛中,对他人造成干扰或伤害。
【特别提示】镜面反射和漫反射不是判断人眼感觉物体亮暗的依据,反射光线进入人眼的多少,才是判断人眼感觉物体亮暗的依据。如果镜面反射的光正好进入人眼,人感觉要比漫反射亮,如果镜面反射的光没有进入人眼,人感觉它很暗,不如漫反射亮。
4.光的反射在科技和生活中的应用
红宝石激光器:使很强的激光多次反射形成激光束;
自行车尾灯:晚上汽车的灯光不论从哪个方向射向自行车尾灯,光线都会反向射回……
【例5】如图所示,雨后的晚上,天刚放晴,地面虽已干,但仍有不少水潭,为了不致踩在水潭里,则( )
A. 迎着月光走,地上较暗处是水潭
B. 迎着月光走,地上较亮处是水潭
C. 背着月光走,地上较暗处是地面
D. 背着月光走,地上较亮处是水潭
解题秘方:画出光路图,结合两种反射的特点,分析进入人眼光线的多少作出判断。
【解析】迎着月光走,光线照射到水面发生镜面反射,有很多反射光线射入人眼,水潭看上去是较亮的;此时,光照到地面上发生漫反射,反射光线射向各个方向,进入人眼的光线较少,地面看上去显得很暗。背着月光走,在水面发生镜面反射的光线不能进入眼睛,而在地面发生漫反射的光线有少量进入人眼,看上去水潭比地面还暗。
【答案】B
【方法点拨】亮暗程度的判断主要是通过对比法,干处和湿处的亮暗程度是相对而言的,要对比反射到观察处的反射光线的多少。
【特别提示】在生活中,眼睛被玻璃的镜面反射光“晃”花,但不要误认为在任何情况下镜面反射带来的视觉效果一定就是明亮、刺眼。
【例6】晚自习,小明和小亮在实验室探究“光的反射现象”,他们把一个小平面镜粘在白纸上,将白纸贴在黑板上,两人面对黑板保持适当距离站立,小明站在左侧用手电筒照射白纸板和平面镜,结果站在黑板正前方的小亮发现白纸看上去很亮,镜子看上去很暗;此时小亮想看见镜子比白纸亮。
小亮的下列做法可行的是( )
A.向自己左边平移一定距离
B.向自己右边平移一定距离
C.向自己后边平移一定距离
D.请小明将手电筒光调亮一些
【解析】白纸较粗糙,光发生的是漫反射,有较多的光进入小亮的眼睛,所以白纸看起来较亮;而平面镜发生的是镜面反射,几乎没有光进入小亮的眼睛,所以小平面镜看起来很暗。此时小亮想看见镜子比白纸亮,应将眼睛移到镜面所反射的光线的路径上,由此可知,小亮应向自己右边平移一定距离。
【答案】B
【方法点拨】(对比法)亮暗程度主要是通过对比来判断的,平面镜和纸面的亮暗是相对而言的,需要对比到达观察者反射光的多少。
1.光的反射定律的应用——反射面平动
【例1】有一台利用光电原理控制液面高度的仪器,它能将光信号转化为电信号进行处理,通过光束在液面上的反射光线打到光电屏上来显示液面高度。如图所示,当光电屏上的光点S1移动到S2时,表示液面____________(填“上升”“下降”或“不变” )。
【解析】结合数学知识可知,反射光线的方向不变,反射面(液面)平行移动,则反射光线与原来的反射光线相互平行,故可以从移动以后的光点S2作一条与原反射光线OS1平行的直线,交入射光线于O'点,则O'点即为液面高度变化后的入射点,O'S2为液面变化后的反射光线,过O'点作出液面,如图所示,可见液面上升了。
【答案】上升
【方法点拨】利用光的反射定律作图,入射光线的传播方向不变,反射面平移时,则反射光线也平移(利用平移法进行作图)。
2.光的反射定律的应用——反射面转动
【例2】把微小放大以利于观察,这是物理学中一种重要的方法。如图8是一种显示微小形变的装置。A为激光笔,B、C是平面镜,P为台面,未放重物时,激光束反射在屏上的光斑为点D,当把重物M放在台面P上时,台面将发生微小形变,以下说法正确的是( )
A. 平面镜B上的入射角变小,光斑向D点的左侧移动
B. 平面镜B上的入射角变小,光斑向D点的右侧移动
C. 平面镜B上的入射角变大,光斑向D点的右侧移动
D. 平面镜B上的入射角变大,光斑向D点的左侧移动
【解析】台面上放重物M后,台面右侧受到力作用而向下凹,平面镜B上的入射角变大,根据镜面反射的特点知反射角也会变大,故反射光线会向右偏,则光斑会向D点的右侧移动。
【答案】C
【方法点拨】(1)探究声音产生条件的实验中,利用乒乓球将音叉的振动放大;探究温度计工作原理的实验中,利用细玻璃管将液泡中液体体积变化放大,都利用了放大法。
(2镜面不动,入射光线转动,反射光线转过的角度与入射光线转过的角度相同;入射光线不动,镜面转动,反射光线转过的角度是镜面转动角度的2倍。
本专题在中考中的主要考点是探究光的反射规律、光的反射规律的应用、镜面反射和漫反射、光的反射作图等,一般以考查概念和规律的理解与识记的选择题和填空题、作图题、探究题为主,难度中等。
考法1:光的反射定律的应用——作反射面
【例1】[东营中考]如图所示,护林员利用一块平面镜使此时的太阳光水平射向山洞中P点,请你通过作图标出平面镜的位置,并标出反射角的度数。
【特别提示】由“太阳光水平射向山洞中P点”可知,反射光线水平且过P点。
【试题评析】试题给出入射光线和反射光线,要求利用光的反射定律进行作图和计算;正确理解与运用法线与入射光线、反射光线、镜面之间的关系是解题的基础。
【解析】题中,画出了入射光线,告诉了反射光线(水平射向P点),故可先画出反射光线,再画出法线(入射光线和反射光线组成夹角的角平分线),最后根据法线垂直于镜面的规律作出镜面。反射角的度数为。
【答案】如图所示。
【易错警示】光的反射作图应注意:(1)法线是虚线;(2)镜面的背面应画上一些小斜线。
考法2:探究光的反射定律
【例2】[泰州中考]探究光的反射定律。
(1)如图甲,先将平面镜A放在水平桌面上,再将硬纸板B___________放置在平面镜A上,让激光紧贴纸板射向O点。
(2)为了显示光路,纸板的表面应___________(填“光滑”或“粗糙” )些,在纸板上标出刻度是为了方便测量___________的大小。
(3)多次改变入射光的方向,测得了几组数据如表所示,由此可得出,反射角与入射角大小___________(填“相等”或“不相等” )。
序号
入射角
反射角
1
30°
30°
2
45°
45°
3
60°
60°
(4)接下来老师进行了如下演示,先用加湿器使整个教室充满雾气,将平面镜放在一能转动的水平圆台上,在柱M上固定一红色激光笔,使其发出的光垂直射向平面镜上的O点,其作用是为了显示__________的位置,然后打开固定在柱N上的绿色激光笔,使绿色激光射向O点,出现了如图乙所示的情景,老师水平方向缓慢转动圆台,当我们观察到__________时,可判断反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
【试题评析】试题考查实验探究光的反射定律的方法技巧,及利用光的反射定律分析解题,属于验证实验,可根据识记直接解答。
【解析】(1)为了使光的传播路径能呈现在硬纸板上,应让硬纸板B竖直放置在平面镜A上,让激光紧贴纸板射向O点。
(2)光线射到粗糙的纸板上发生了漫反射,反射光线射向各个方向,无论从哪个角度看,都能看得清楚。在纸板上标出刻度是为了方便测量反射角和入射角的大小。(3)由表可得,反射角等于入射角。
(4)雾气能显示光的传播路径;法线与平面镜是垂直的,红色激光笔发出的光垂直射向平面镜上的O点,可以显示法线的位置;沿水平方向缓慢转动圆台,当我们观察到反射光线的传播路径时,可以根据光的传播路径来判断三线是否在同一平面内。
【答案】(1)竖直 (2)粗糙;反射角和入射角 (3)相等 (4)法线;反射光线
【实验技巧】1.纸板的特征:
(1)粗糙:更好地显示光路,使各个方向都能看清光路。
(2)标有刻度:方便测量入射角和反射角。
(3)可绕中轴转动:便于验证反射光线、法线和入射光线在同一平面内。
(4)竖直放置:使入射光线、反射光线、法线均能在纸板上呈现。
2.中多次测量不是为了求平均值来减小实验误差,而是为了得到具有普遍性的规律。
3.环境:
(1)较暗:在较暗的环境中观察光路,感觉更清楚。
(2)充水雾或烟雾:利用光的反射显示光路。
1.黑暗的房间里有两盏电灯,只有一盏灯点亮,但人能看到未点亮的灯泡。以下对于“看到未点亮灯泡”所画的光路图,正确的是( )
【答案】D
【解析】点亮的灯泡属于光源,会发出光线,未点亮的灯泡会反射点亮的灯泡的光线,使光线进入人的眼睛,从而人看到了未点亮的灯泡。
2.如图所示的四个光路图中,MM'为平面镜,PO为入射光线,ON为法线,入射角∠PON等于60°,其中符合光的反射定律的光路图是( )
【答案】A
【解析】根据光的反射定律可知,反射角等于入射角,因为入射角∠PON等于60°,所以反射角也等于60°(即反射光线与法线的夹角),故A符合光的反射定律。
3.一本科学教材掉到地上,小聪和小明从不同的位置都看到了它,下列有关说法正确的是( )
A. 小聪看到教材是光发生漫反射,小明看到教材是光发生镜面反射
B. 小聪看到教材是光发生镜面反射,小明看到教材是光发生漫反射
C. 小聪和小明看到教材都是光发生漫反射
D. 小聪和小明看到教材都是光发生镜面反射
【答案】C
【解析】小聪和小明从不同位置都能看到掉到地上的物理教材,是因为教材表面相对粗糙,光照射到教材上发生了漫反射。漫反射的特点是反射光向四面八方,所以不同位置的人都能看到物体。而镜面反射是反射光朝特定方向,若发生镜面反射,在其他位置的人是看不到物体的,所以 A、B、D 选项错误,C 选项正确 。
4.如图是晚上汽车在干燥的沥青路面和潮湿的沥青路面上行驶时大灯部分光路简图,在晚上开车时 ( )
A.潮湿的路面更容易发生光漫反射
B.干燥的路面发生光的折射
C.对面无车时,驾驶员看潮湿的路面更暗
D.照射到干燥路面上的光不遵循光的反射定律
【答案】C
【解析】A 选项,由图可知,潮湿的路面比较光滑,光在潮湿路面上更容易发生镜面反射,而不是漫反射,A 错误;B 选项,干燥的路面发生的是光的反射,不是折射,B 错误;C 选项,对面无车时,光在潮湿路面发生镜面反射,反射光大多平行射向远方,驾驶员从侧面看潮湿的路面,进入眼睛的光较少,所以看起来更暗,C 正确;D 选项,光在任何物体表面反射都遵循光的反射定律,照射到干燥路面上的光也遵循光的反射定律,D 错误。
5.如图所示,在一明一暗的相邻两室内的隔壁墙上竖直放置一个平面镜,甲乙二人分别在AB两点 , 面向平面镜张望 , 若, 则( )
A.甲能看到乙,乙看不到甲
B.甲、乙都可以相互看到
C.甲看不到乙,乙也看不到甲
D.甲看不到乙,乙能看到甲
【答案】D
【解析】因为甲在亮室,乙在暗室,暗室中乙反射的光很少。光在平面镜上发生反射时,根据反射定律,反射光线、入射光线和法线在同一平面内,反射光线、入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角。乙反射的少量光经过平面镜反射后,很难进入甲的眼睛,所以甲看不到乙;而亮室中甲反射的光较多,经平面镜反射后可以进入乙的眼睛,所以乙能看到甲,A、B、C 错误,D 正确。
6.一束光AO射向平面镜,光线AO与镜面的夹角如图所示,则反射角的大小为__________。现在城市里很多高楼大厦采用玻璃幕墙作为装饰,当强烈的太阳光照射到玻璃幕墙时,就会发生__________反射,造成“光污染” 。
【答案】65°;镜面
【解析】已知光线 AO 与镜面的夹角为 25°,则入射角为 90° - 25° = 65°。根据光的反射定律,反射角等于入射角,所以反射角大小为 65°。城市里高楼大厦的玻璃幕墙表面光滑,当强烈的太阳光照射到玻璃幕墙上时,会发生镜面反射,反射光比较集中,从而造成 “光污染”。
7.为避免交通事故的发生,人们应用“荷式开车门”:右手开左门,左手开右门。这样开车门人的上半身会自然而然地转动,车侧后方的光通过后视镜经过__________进入人的眼睛,然后人转身的时候向后看,由于__________有光从物体射入人的眼睛,扩大了视野。
【答案】反射;漫反射
【解析】车侧后方的光通过后视镜经过反射进入人的眼睛,因为后视镜是平面镜,利用了光的反射原理。人转身向后看时,车侧后方的物体表面相对粗糙,光照射到上面发生漫反射,有光从物体射向四面八方,这样就有光进入人的眼睛,从而扩大了视野。
8.教室里各个位置的同学都能看到黑板上的字,这是因为光在黑板上发生__________(填“漫”或“镜面” )反射的缘故;个别同学被前方高个子同学挡住,看不到黑板上的一些字,这是因为光在均匀介质中沿__________传播的缘故。
【答案】漫;直线
【解析】教室里各个位置的同学都能看到黑板上的字,是因为光在黑板上发生漫反射,漫反射的反射光射向四面八方,所以不同位置的同学都能看到。个别同学被前方高个子同学挡住,看不到黑板上的一些字,这是因为光在均匀介质中沿直线传播,高个子同学挡住了光线,被挡住的同学就看不到黑板上的字了。
9.如图所示,EF表示平面镜,AO为入射光线,ON为法线,∠AON等于45°。若∠BON等于30°,∠CON等于45°,∠DON等于60°,则入射光线AO的反射光线是________。
【答案】OC
【解析】根据光的反射定律,反射角等于入射角。已知∠AON = 45°,即入射角为 45°,那么反射角也为 45°。在∠BON = 30°,∠CON = 45°,∠DON = 60° 中,只有∠CON 等于反射角 45°,所以入射光线 AO 的反射光线是 OC。
10.请根据图中的反射光线OB,画出入射光线AO。
【答案】过反射点 O 作垂直于反射面的法线,根据反射角等于入射角,在法线另一侧作出与反射光线 OB 关于法线对称的入射光线 AO。
【解析】光的反射定律中,反射角等于入射角,且反射光线与入射光线分居法线两侧。所以先作法线,再根据反射角等于入射角的关系,确定入射光线的位置。
11.如图所示是两个相互垂直的平面镜,请在图中作出沿ab方向入射的光线经平面镜S1、S2反射后的光路(保留必要的作图痕迹),经两平面镜反射后的光线将与原入射光线__________射出;有人大胆猜想:用激光笔照射在月球上的镜子就可以测量月球和地球之间的距离,若从发射激光到接收反射回的激光共用时2.56 s,月球和地球间的距离约为__________m。(v光=3.0×108m/s)
答图
【答案】平行;3.84×108
【解析】根据光的反射定律作图先过 ab 光线与 S1 的交点作 S1 的法线,根据反射角等于入射角作出反射光线,该反射光线再入射到 S2 上,重复上述步骤作出最终反射光线)。可以发现经两平面镜反射后的光线将与原入射光线平行射出。从发射激光到接收反射回的激光共用时 t = 2.56s,光在真空中的速度 v 光 = 3.0×108m/s,因为激光从地球到月球再返回地球,经过的路程是月球和地球间距离的 2 倍,根据 s = vt,月球和地球间的距离 s =vt =×3.0×108m/s×2.56s = 3.84×108m。
12.如图所示是“探究光的反射规律”的实验装置。
(1)白纸的主要作用是________________________。
(2)实验中,放置平面镜和白纸的顺序是:先把一个小平面镜竖直立在一块长方形木板上,然后把一张白纸平铺在木板上,使白纸边缘紧贴平面镜放置,而不是先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上,这样做的好处是________________________________________________。
【答案】(1)显示光的传播路径;(2)便于确定反射光线和入射光线的位置。
【解析】(1)在 “探究光的反射规律” 实验中,白纸的主要作用是通过显示光在白纸上留下的光斑,来显示光的传播路径,方便观察和研究。(2)先把小平面镜竖直立在长方形木板上,再把白纸平铺在木板上,使白纸边缘紧贴平面镜放置,这样做能让平面镜与白纸紧密贴合,便于在白纸上准确标记反射光线和入射光线的位置,从而更方便地探究光的反射规律。如果先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上,平面镜与白纸之间可能会有缝隙或不平整,影响对光线位置的确定。
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