反射定律:入射光线、反射光线和法线在同一平面内,反射光线与入射光线分居法线的两侧,反射角等于入射角(∠i=∠r)。
光的反射定律描述了“三线”“两角” 的关系,可简记为:“三线共面,法线居中(三线位置关系),两角相等(两角量值关系)”。
特殊情况垂直入射时,入射角反射角都是零度,法线、入射光线、反射光线合为一线。
对于光的反射定律,应掌握以下五点:
1、根据光的反射定律可知,任何一条反射光线都对应一条入射光线。
2、定律的叙述有一定逻辑因果关系:先有入射,后有反射。表达时不能把“反射角等于入射角”说成 “入射角等于反射角”,因为反射角等于入射角的意思是“反射角随着入射角的变化而变化”,若倒过来说意思就反了,不符合逻辑因果关系。
3、两角量值关系的变化是相对应的。即反射角随着入射角的变化而变化,入射角增大时反射角也增大,入射角减小时反射角也减小,入射角变为0
。,反射角也变为0
。,此时,入射光线、反射光线、法线重合,“三线合一”。
4、法线起“准则”的作用,是过入射点始终与反射面垂直的直线。当反射面转动一定角度时,法线仍与反射面垂直,也随之转过相同的角度。法线不仅过入射点与反射面垂直,而且还是入射光线与反射光线夹角的平分线。
5、在描述光的反射定律的光路图中,有两个重要的角度关系,即反射角等于入射角,r=i;入射角与入射光线和反射面的夹角互余,i+α=90
。。
自行车尾灯的设计: 利用直角平面镜的反射规律,制成了自行车的反光灯,如图所示。夜晚,汽车灯发出的光射到自行车的反光灯上时,经自行车上互成直角的两个反射面的反射,反射光将以平行于入射光的方向反向射入司机眼睛,使司机容易发现骑自行车的人,有利于夜间行车安全。
例 自行车是一种便捷的交通丁具,它包含了许多物理知识。例如,自行车尾灯就包含了光学知识。它本身不发光,但在夜晚,当有汽车灯光照射到尾灯上时,就会发生反射,以引起司机注意。尾灯的结构如图所示,请在图中画出反射光线,并说明反射光线有什么特点。
解析:利用光的反射定律作用,当两个反射面垂直时,一条光线经两个表面反射后光线平行于入射光线且方向相反
答案:如图所示
入射光线平行射入,反射光线平行射出。反射光线与入射光线方向相反。(答出一条即给分)
光的反射现象的几个名词:入射点O:光线射到反射面上的一点
入射光线AO:射向反射面上的光线
反射光线OB:被反射面反射的光线
法线ON:过入射点O垂直于反射面的直线,作图时,ON常画成虚线
入射角i:入射光线AO与法线ON的夹角
反射角r:反射光线OB与法线ON的夹角;
几种特殊的光路:
①当入射光线垂直于反射面入射时,入射角为零度,反射角也为零度;入射光线、法线、反射光线三线重合,但两光线方向相反
②互相平行放置的平面镜,当光照到其中一块平面镜上时,反射光线经另一个平面镜反射后,与原入射光线平行
光反射时的作图方法:
类型 |
作图方法 |
已知入射光线作反射光线 |
先找出入射光线与反射面的交点(入射点),过入射点作垂直于界面的直线——法线,将法线作为角的一边,以入射点作为角的顶点,在图中作一角等于入射角的线,该线就是反射光线,并注明光线方向 |
已知反射光线作入射光线 |
先找出反射光线与反射面的交点(入射点),过入射点作垂直于界面的直线——法线,将法线作为角的一边,以入射点作为角的顶点,在图中作一角等于反射角的线,该线就是入射光线,注意光线方向是从光源射向入射点的 |
已知入射光线和反射光线确定平面镜的位置 |
先作出入射光线和反射光线夹角的平分线,此线为法线。过入射光线与反射光线的交点(角的顶点或者说是入射点)作垂直法线的一条直线,该直线为平面镜的位置 |
例:如图所示,在0点放置一个平面镜,使与水平方向成60。角的太阳光经0点反射后,水平射入窗口P中。请你在图中画出平面镜的位置,并标出反射角的度数。
解析:可先画出O点射向窗口P的反射光线,再作反射光线与入射光线夹角的角平分线即法线,最后过O点作法线的垂线即平面镜的位置。入射角+ 反射角:180。一60。=120。,又因为反射角:入射角,所以反射角为60。。
答案:如图所示
平面镜成像作图依据原理:1.光的反射定律:(1)反射光线与入射光线、法线在同一平面上;(2)反射光线和入射光线分居在法线的两侧;(3)反射角等于入射角。
2.平面镜成像的特点:(1)平面镜所成的像和物体到镜面的距离相等;(2)像与物体的大小相等;(3)像与物体的连线与镜面垂直;(4)像与物左右相反;(5)成虚像。
作图规范化要求:1.平面镜的反射面和非反射面不能混淆,平面镜的非反射面要画上短斜线。
2.实际光线(入射光线和反射光线)要画成实线,并用箭头表示光行进的方向。实物用实线表示。
3.虚像、法线和光的反向延长线要用虚线表示。
4.为了表示实物和虚像的对称点,实物和虚像都要标上箭头或字母。
5.要符合光的反射定律和平面镜成像的特点。
平面镜成像作图的方法通常有两种:一种是根据平面镜的成像特点------“物体在平面镜中成的像与物体之间相对于镜面总是对称的”作图,我们称这种作图方法为对称法;
另一种方法是根据光的反射定律--即根据光的传播路线作图,我们称这种作图方法为光路图法。
例1:一发光点发出的光经过平面镜反射后如图1所示,请作图找出发光点的位置。
方法一:对称法①将两条反射光线向镜后反向延长(注意:镜后的反向延长线必须用虚线),使之交于S'点;
②由S'点向镜面作垂线,使之与镜面交于O点,再由O点向镜前延长到S点,使SO=S'O(注意:发光点与虚像点之间的连线必须用虚线),则S点即为发光点的位置(如答图1所示)。
方法二:光路图法①分别由两条反射光线与镜面的交点处向镜面作垂线(即法线)。
②根据光的反射定律中“反射角等于入射角”作出两条反射光线的入射光线相交得到的点即为发光点(如答图2所示)。
注意:法线必须用虚线,入射光线必须标出传播方向。
例2:根据平面镜成像特点,画出图2中物体AB在平面镜中所成的像.
分析:本题要求根据平面镜成像特点画出物体AB在平面镜中所成的像,在这种情况下,我们只能根据平面镜成像特点用对称法作出物体在平面镜中成的像。若题目没有特别要求根据哪种原理作图,我们也可以用上述两种方法中的任意一种方法作出物体在平面镜中成的像。
方法一:对称法
①在物体AB上确定两个(或多个)能描述物体形状的点AB(或多个点)。
②分别由AB两点(或多个点)向镜面作垂线,并延长至镜后A'B'(或多个点),使镜后各对应点到镜面的距离与镜前各点到镜面的距离相等。
③用虚线连接镜后各对称点即可得到物体在平面镜中成的像(如答图3所示)。
注意:物点和像点之间的连线必须用虚线,物体在平面镜中成的像必须用虚线。若物体有方向,则物体在平面镜中成的像也必须标出方向。
方法二:光路图法
①在物体AB上确定两个(或多个)能描述物体形状的点AB(或多个点)。
②分别由AB两点向镜面作两条入射光线,然后根据光的反射定律作出每条入射光线的反射光线。
③分别将作出的每条反射光线向镜后反向延长并交出A'B'两点(或多个点),用虚线连接A'B'即可得到物体AB在平面镜中成的虚像。(如答图4所示)。
注意:法线、镜后反射光线的反向延长线及物体成的像都必须用虚线。若物体有方向,则物体在平面镜中成的像也必须标出方向。