王永慶

光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播，到達(dá)兩種介質(zhì)的分界面上時(shí)。一部分光發(fā)生反射，遵循光的反射定律，一部分光發(fā)生折射。遵循光的折射規(guī)律，物體通過平面鏡成像時(shí)遵循光的反射定律。通過凸透鏡成像時(shí)遵循光的折射規(guī)律。同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)光的傳播和成像規(guī)律時(shí)。做好“探究光的反射規(guī)律”“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”“探究光折射時(shí)的特點(diǎn)”“探究凸透鏡成像的規(guī)律”這四大探究類實(shí)驗(yàn)，有助于提升科學(xué)探究能力。形成光的傳播和物體成像的正確物理觀念。

探究光的反射規(guī)律

本探究實(shí)驗(yàn)又可分為兩個(gè)小探究實(shí)驗(yàn)。一個(gè)是探究反射光線、入射光線和法線的關(guān)系。另一個(gè)是探究反射角和入射角的關(guān)系。第一個(gè)小探究實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。第二個(gè)小探究實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)為收集證據(jù)和得出結(jié)論，命題考查時(shí)的重點(diǎn)也多放在這些重點(diǎn)環(huán)節(jié)。在本探究實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置中?？衫@法線轉(zhuǎn)動(dòng)的光屏是為了呈現(xiàn)反射光線的位置，從而得出反射光線、入射光線和法線共面的結(jié)論：在入射角和反射角的測(cè)量上，同學(xué)們可以用量角器測(cè)出，也可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材，直接由帶刻度（顯示角度）的光屏得出，最終得出反射角等于入射角的結(jié)論。

例1 “探究光反射時(shí)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1甲所示。平面鏡放在水平桌面上。標(biāo)有刻度（能顯示角度，圖中未畫出）的白色紙板ANOC、NBDO能繞垂直于CD的NO軸翻轉(zhuǎn)，在紙板上安裝一支可在紙板平面內(nèi)自由移動(dòng)的激光筆。

（1）如圖1乙所示，將紙板NBDO繞NO軸向后翻轉(zhuǎn)任意角度，發(fā)現(xiàn)紙板上均觀測(cè)不到反射光。只有當(dāng)紙板ANOC與NBDO在同一平面內(nèi)時(shí)才能觀測(cè)到反射光。此現(xiàn)象說明_______。

（2）在圖1甲中，若將處于同一平面內(nèi)的紙板ANOC和NBDO（連同激光筆）繞CD同時(shí)向后傾斜，此時(shí)反射光線_______（填字母符號(hào)）。

A.仍在紙板NBDO上呈現(xiàn)

B.被紙板NBDO擋住

C.在紙板NBDO前方

（3）移動(dòng)激光筆，使入射角為45°，測(cè)得反射角也為45°，由此就得出“光反射時(shí)，反射角等于入射角”的結(jié)論。你認(rèn)為這么做_______（填“妥當(dāng)”或“不妥當(dāng)”），理由是_______。

答案：（1）反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi) （2）C （3）不妥當(dāng) 一次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論具有偶然性

探究平面鏡成像的特點(diǎn)

本探究實(shí)驗(yàn)為大探究，提出問題、猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集證據(jù)、分析論證得出結(jié)論、評(píng)估反思、交流合作這幾個(gè)要素在本探究實(shí)驗(yàn)中都有體現(xiàn)，但是在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、分析論證得出結(jié)論、交流合作這三個(gè)要素中有所側(cè)重，命題考查時(shí)也側(cè)重這三個(gè)要素，本探究實(shí)驗(yàn)中用玻璃板而不用鏡子。是利用了玻璃板既能反射光又能透射光的特點(diǎn)。便于找到像的位置，探究像與物的位置關(guān)系：選用兩根相同的蠟燭是為了比較像與物的大小關(guān)系。做實(shí)驗(yàn)時(shí)，玻璃板后的蠟燭不用點(diǎn)燃，玻璃板與支撐面要垂直。

探究光折射時(shí)的特點(diǎn)

本探究實(shí)驗(yàn)不屬于新“課標(biāo)”中規(guī)定的探究類學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，一般作為演示實(shí)驗(yàn)，裝置確定且實(shí)驗(yàn)效果明顯即可。作為演示實(shí)驗(yàn)。其重點(diǎn)探究要素為收集數(shù)據(jù)和得出結(jié)論，命題考查時(shí)也側(cè)重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和論證。

例2 某實(shí)驗(yàn)小組在做“探究光折射時(shí)的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將光從空氣分別射入水和玻璃中，測(cè)得數(shù)據(jù)如表1。

請(qǐng)你分析表1中數(shù)據(jù)，并寫出一條規(guī)律：_______。

答案：光從空氣斜射入水（或玻璃）中時(shí)，折射角小于入射角

探究凸透鏡成像的規(guī)律

本探究實(shí)驗(yàn)是新“課標(biāo)”中規(guī)定的探究類學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一，屬于大探究，也是各種考試的高頻考點(diǎn)。考查的重點(diǎn)多放在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、收集證據(jù)及分析論證得出結(jié)論等方面。在本探究實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們需注意：調(diào)節(jié)燭焰、凸透鏡和光屏的中心在一條與光具座平行的直線上的目的是，使凸透鏡所成的像能正好成在光屏的中心；物體放在一倍焦距處不成像：一個(gè)物距對(duì)應(yīng)一個(gè)像距，物距改變時(shí)，像距隨之改變，且物、像移動(dòng)方向相同；光屏上找不到像的原因主要有，燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度，或蠟燭在凸透鏡的焦點(diǎn)以內(nèi)。或光屏在光具座上可移動(dòng)的距離小于實(shí)際的像距等。

例3 （2023·河南）在“探究凸透鏡成像的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)中：

（1）小強(qiáng)發(fā)現(xiàn)，用凸透鏡看遠(yuǎn)處物體時(shí)，可以看見倒立、縮小的像：用該凸透鏡看自己的指紋時(shí)，能看到正立、放大的像。他由此猜想：凸透鏡成像的特點(diǎn)可能與_______有關(guān)。

（2）在光具座上，將蠟燭、光屏安裝在凸透鏡兩側(cè)，調(diào)節(jié)三者的高度時(shí)，_______（填“需要”或“不需要”）點(diǎn)燃蠟燭；調(diào)節(jié)高度的目的是。使像能成在_______。

（3）實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖2所示時(shí)，光屏上承接到燭焰清晰的像（像未畫出），這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以說明_______（填“放大鏡”“投影儀”或“照相機(jī)”）的成像特點(diǎn)。

答案：（1）物距 （2）需要 光屏的中心 （3）照相機(jī)

關(guān)于這四大光學(xué)探究類實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們首先要明確實(shí)驗(yàn)的目的，即提出需要探究的問題，其次進(jìn)行猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)、分析論證得出結(jié)論，最后再進(jìn)行交流合作、評(píng)估反思。