光的反射定律演示 指南

概述

光遇到物體表面會改變傳播方向，這種現象叫做光的反射。正是因為有了反射，我們才能看見發光的太陽，也能看見本身不發光的月亮和周圍的一切景物。本實驗模擬光學實驗平台，通過控制激光束的入射角度，歸納並驗證反映反射規律的「三線共面、兩線分居、兩角相等」。

背景知識

• 古希臘：歐幾里得（Euclid）在《反射光學》中最早提出了光的反射定律，指出入射角等於反射角。
• 阿拉伯黃金時代：海什木（Alhazen）進一步系統研究了光的反射和折射，奠定了現代光學的實驗基礎。
• 近代：費馬提出「費馬原理」（光走耗時最短的路徑），從理論高度完美推導出了反射定律。

核心概念

公式與推導

實驗步驟

1. 1

   開啟光源

   點擊「激光開關」打開光源。你會看到紅色激光束射向底部的平面鏡。
2. 2

   改變入射角度

   拖動激光筆的圓形手柄。隨著你改變入射光線的位置，你會發現反射光線也同步發生了擺動。
3. 3

   觀察對稱性

   勾選「顯示角度」和「顯示法線」。觀察入射光線和反射光線是否始終關於那條虛線（法線）對稱。
4. 4

   數據歸納

   多次改變角度，如調至 $30^\circ$、$45^\circ$、$60^\circ$。記錄並對比兩邊的數值，驗證 $r$ 是否始終等於 $i$。

學習目標

• 理解法線在光學實驗中的基準作用
• 確認反射角隨入射角的增大而增大，且數值始終相等
• 明確入射光線與反射光線分居於法線的兩側
• 認識到當光垂直射向鏡面時（入射角為 $0^\circ$），反射光線將沿原路返回

生活應用

• 鏡子：利用平面鏡成像原理，整理衣冠
• 自行車尾燈：內壁由互成直角的小平面鏡組成，利用多次反射將燈光原路反射回汽車駕駛員眼中
• 潛望鏡：利用兩塊平行的平面鏡，改變光的傳播路徑，使人在水下或戰壕內也能觀察地面的情況

常見誤區

延伸閱讀

• 維基百科 - 反射 (物理學)