光的反射定律演示指南

物理初级阅读时间: 3 分钟

概述

光遇到物体表面会改变传播方向，这种现象叫做光的反射。正是因为有了反射，我们才能看见发光的太阳，也能看见本身不发光的月亮和周围的一切景物。本实验模拟光学实验平台，通过控制激光束的入射角度，归纳并验证反映反射规律的「三线共面、两线分居、两角相等」。

背景知识

古希腊：欧几里得（Euclid）在《反射光学》中最早提出了光的反射定律，指出入射角等于反射角。
阿拉伯黄金时代：海什木（Alhazen）进一步系统研究了光的反射和折射，奠定了现代光学的实验基础。
近代：费马提出「费马原理」（光走耗时最短的路径），从理论高度完美推导出了反射定律。

核心概念

法线 (Normal)

过入射点并垂直于反射面的直线。它是为了方便测量角度而人为引入的「辅助线」，并非真实存在的光线。

入射角 (Angle of Incidence)

i

入射光线与法线的夹角。实验中常以 $i$ 表示。

反射角 (Angle of Reflection)

r

反射光线与法线的夹角。实验中常以 $r$ 表示。

公式与推导

光的反射定律

r = i

反射角等于入射角。此外，入射光线、反射光线和法线必须在同一平面内。

实验步骤

1
开启光源
点击「激光开关」打开光源。你会看到红色激光束射向底部的平面镜。
2
改变入射角度
拖动激光笔的圆形手柄。随着你改变入射光线的位置，你会发现反射光线也同步发生了摆动。
3
观察对称性
勾选「显示角度」和「显示法线」。观察入射光线和反射光线是否始终关于那条虚线（法线）对称。
4
数据归纳
多次改变角度，如调至 $30^\circ$ 、 $45^\circ$ 、 $60^\circ$ 。记录并对比两边的数值，验证 $r$ 是否始终等于 $i$ 。

学习目标

理解法线在光学实验中的基准作用
确认反射角随入射角的增大而增大，且数值始终相等
明确入射光线与反射光线分居于法线的两侧
认识到当光垂直射向镜面时（入射角为 $0^\circ$ ），反射光线将沿原路返回

生活应用

镜子：利用平面镜成像原理，整理衣冠
自行车尾灯：内壁由互成直角的小平面镜组成，利用多次反射将灯光原路反射回汽车驾驶员眼中
潜望镜：利用两块平行的平面镜，改变光的传播路径，使人在水下或战壕内也能观察地面的情况

常见误区

误区

入射角是光线与镜面的夹角

正解

错误。在物理学中，所有光学角度（入射、反射、折射）都是指光线与「法线」的夹角。

误区

漫反射不遵循光的反射定律

正解

错误。无论是镜面反射还是漫反射，每一条光线在反射点都严格遵守反射定律。漫反射之所以乱射，是因为表面凹凸不平，导致各点的法线方向不一致。

准备好了吗？

现在你已经了解了基础知识，开始动手实验吧！

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