验证光的反射定律的一种简易方法

验证光的反射定律的一种简易方法

本实验所用器材：小平面镜一块（长边尺寸不宜太小），两边可嵌在两块泡沫塑料上，让平面镜能够垂直立在桌面上，再用纸剪一个正方形和一个任意三角形。徐州师范学院物理系拾景忠老师介绍实验具体可分为三步进行。

（1）剪一张正方形纸，放在平面镜前桌面上，如图1（本图为俯视图，下同）所示。其中M为平面镜，abcd为正方形纸，纸的ab边紧靠平面镜的法线。

图1

可以看到，ad边和bc边所成的像a′d′及b′c各与其对应的边在一条直线上，即ad边与bc边经反射后仍在原直线上。我们把ad边与bc边既可看作入射光线，又可看作反射光线。这说明光线垂直入射时，反光线与入射光线重合，且在法线上，反射角和入射角相等，且为零。

（2）将正方形纸折一条对角线ac，实际上ac边就是a角的角平分线。由于平面镜玻璃有一定厚度（设为h），所以应将a角伸进平面镜底边一定深度，如图2所示。以a角顶点为轴水平转动正方形纸，眼从c点沿对角线朝镜里看去，当对角线ac与其所成的像a′b′在一条直线上时停下。这时，对角线ac垂直于平面镜，且为法线，a角顶点为入射点。可以看到，ba跟da所成的像d′a′在一条直线上（也可能相平行，如平行，将纸前后稍移动一下，二者即可在一条直线上）。若把da边看做入射光线，ba边就为反射光线，它们在法线ac两边且与法线在同一平面内，∠dac为入射角，∠bac为反射角，显然，它们相等，同为45°二者相等。由以上可见在反射时光路是可逆的。

图2

（3）用任意三角形纸做，可将三个角分别各折一条角平分线，方法跟“二”类似。取a角的顶点为入射点，如图3所示。当∠a的平分线ao与其象a′o′在一条直线上时，ba边跟ca的像c′a′在一条直线上。同时，ca边跟ba边的像b′a′在一条直线上。这说明ao为法线，ca边为入射线，ba边为反射线（或ba边为入射线，ca边为反射线）。显然，∠bao＝∠cao，即反射角等于入射角。因为任意三角形的三个角一般不相等，所以分别用三个角的顶点作为入射点各做一次实验，相当于改变了入射角的大小。这样更加有力地验证了光的反射定律。

图3

本实验简单易做，不需要专门工具测量，效果明显，特别适应于中学生自己动手去做，对提高他们的学习兴趣和动手能力有一定帮助。

如没有小平面镜，在家里可以利用梳妆镜或立柜镜做此实验。做时，需把纸的入射顶角适当剪掉一些，使得一边的像与另一边能在一条直线上。