【教学目标】
一、知识目标
1.掌握反射定律,理解镜面反射和漫反射的异同。
2.掌握平面镜成像的基本原理,知道什么是虚像,掌握平面镜成虚像的作图法和利用几何知识进行光路控制的有关计算。
二、能力目标
1.知道反射光路是可逆的,并能用来解释光现象和计算有关的问题。
2.知道平面镜是怎样成像的,会画成像的光路图,3.知道像的特点,能够证明物和像是镜面对称的。
三、情感目标
培养学生通过所学的物理知识来认识自然界,从而热爱生活,用正确的科学的态度对待生活,培养正确的世界观和人生观。
【教学建议】
一、关于光的反射、平面镜的教学建议
(一)引入新课
上一节我们学习了光的直线传播,知道光在同一种均匀介质中是沿直线传播的,光在真空中的传播速度是3×108m/s,光在其他介质中也是沿直线传播的,只是其传播速度小于真空中光速,当光照到两种介质的交界面时,发生反射现象,光的反射现象,我们在初中也已经做过初步的学习,现在我们将进一步学习这一部分内容。
(二)教学过程
光的反射部分在内容上与初中没有太大的区别,所以可以先让学生思考自学,而后教师进行讲解和分析。教师可以将主要精力放在平面镜的成像上。
学生思考:
何为光的反射?
光的反射定律内容是什么?
列举光的反射现象。
漫反射和镜面反射的区别和联系。
平面镜成像的特点和规律。
平面镜成像作图。
教师讲解:
光的反射:
1.人是怎样看见周围物体的?
物体发出的光(或物体被照明而反射出来的光)进入人的眼睛,并在视网膜上形成清晰的像,人根据这像来识别物体。
2.光的反射定律:
(1)反射光线、入射光线、法线在同一平面内。
(2)反射光线,入射光线在法线两侧。
(3)反射角等于入射角。
A.入射角、反射角是指入射光线、反射光线与法线的夹角,不是与界面的夹角。
B.在理解反射定律时,不能片面认为就是反射角等于入射角,因为符合与入射角相等的直线有无数条,只有加上“反射光线,入射光线和法线在同一平面内,反射光线和入射光线分居法线两侧”,反射光线才能确定。
C.在反射现象中,光路是可逆的。
D.光线照射到光滑的平面上,产生镜面反射;照射到粗糙物体表面,产生漫反射、平行光线在粗糙面上发生漫反射时,虽然反射光线显得杂乱无章,但对每一条光线而言,都遵循反射定律。
光路的可逆性:当光线沿反射光线方向入射时,反射光线一定沿入射光线方向反射。
3.平面镜成像:
像与物相对平面镜对称、等大、且为虚像。
关于像的问题:实像是物体发出的光会聚在一起而成的像。而虚像不是实际光线会聚在一起而成像的,而光沿直线传播的观念。认为逆着射来的光就可以找到物体,物体发出的光经过平面镜反射进入人眼中,平面镜中的是虚像。虚像是虚的。但人视网膜上所成像是实在的。
平面镜成像作图法:(1)利用对称性作图。(2)利用反射定律作图。
二、关于平面镜成像的教学建议
在初中阶段学习时只要求利用平面镜成像的规律进行作图,现在要求学生了解根据光的反射原理作图。
①平面镜成的是虚像,像与物等大,并且相对于镜面对称,这个结论在初中阶段由实验得出,现在可以利用几何方法证明。
②加深对虚像的理解,要让学生知道虚像不是由实际光线会聚而成,而是由镜面反射后的实际光线反向延长线会聚而成的,虚像不能用光屏接到,只能用眼睛直接观察。
③平面镜成像特点:
与物等大、正立的虚像,且物与像是关于镜面对称的。
注意:虚像人眼能够看到,照相机也能拍摄。
④平面镜不改变光线性质,具体是指:平行光线经平面镜反射后仍为平行光线,会聚光线经平面镜反射后仍为会聚光线,发散光线经平面镜反射后仍为发散光线。
⑤平面镜成像作图法:
a.反射定律法:从物点作任意两光线射向平面镜,由反射定律作其反射光线,此两条反射光线的反向延长线交点即为虚像点。
b.对称法:先标出反射面,再找物点关于正面的对称点即像的位置、由物点任意作两条入射光线,其反射光线的反向延长线必通过像点,实际“存在”的光线或实像用实线表示,并不真实“存在”的光线即反向延长线或虚像用虚线表示,实光线方向冠似箭头。通常为了保证准确、方便,常用第二种方法。
【教学设计示例】
一、引入新课
上一节我们学习了光的直线传播,知道光在同一种均匀介质中是沿直线传播的,光在真空中的传播速度是3×108m/s,光在其他介质中也是沿直线传播的,只是其传播速度小于真空中光速,当光照到两种介质的交界面时,发生反射现象,光的反射现象,我们在初中也已经做过初步的学习,现在我们将进一步学习这一部分内容。
二、教学过程
光的反射部分在内容上与初中没有太大的区别,所以可以先让学生思考自学,而后教师进行讲解和分析。教师可以将主要精力放在平面镜的成像上。
学生思考:
何为光的反射?
光的反射定律内容是什么?
列举光的反射现象。
漫反射和镜面反射的区别和联系。
平面镜成像的特点和规律。
平面镜成像作图。
教师讲解:
光的反射:
1.人是怎样看见周围物体的?
物体发出的光(或物体被照明而反射出来的光)进入人的眼睛,并在视网膜上形成清晰的像,人根据这像来识别物体。
2.光的反射定律:
(1)反射光线、入射光线、法线在同一平面内。
(2)反射光线,入射光线在法线两侧。(3)反射角等于入射角。
A.入射角、反射角是指入射光线、反射光线与法线的夹角,不是与界面的夹角。
B.在理解反射定律时,不能片面认为就是反射角等于入射角、因为符合与入射角相等的直线有无数条,只有加上“反射光线,入射光线和法线在同一平面内,反射光线和入射光线分居法线两侧”,反射光线才能确定。
C.在反射现象中,光路是可逆的。
D.光线照射到光滑的平面上,产生镜面反射;照射到粗糙物体表面,产生漫反射。平行光线在粗糙面上发生漫反射时,虽然反射光线显得杂乱无章,但对每一条光线而言,都遵循反射定律。
光路的可逆性:当光线沿反射光线方向入射时,反射光线一定沿入射光线光的方向反射。
3.平面镜成像:
像与物相对平面镜对称、等大、且为虚像。
关于像的问题:实像是物体发出的光会聚在一起而成的像。而虚像不是实际光线会聚在一起而成像的,而光沿直线传播的观念。认为逆着射来的光就可以找到物体,物体发出的光经过平面镜反射进入人眼中,平面镜中的是虚像。虚像是虚的,但人视网膜上像是实在的。
平面镜成像作图法:(1)利用对称性作图。(2)利用反射定律作图。
【典型例题】
一、典型例题1:关于平面镜反射
光线经过成θ的交角的两平面镜的两次反射后,出射光线跟入射光线的夹角为;若光线经过相互平行的两平面镜两次反射后,出射光线和入射光线的夹角为;若光线经过相互垂直的两平面镜两次反射后,出射光线和入射光线方向的关系是。
分析解答:
根据光的反射定律作好光路图,注意利用几何关系分析求解:由图可知:
a=∠OBC+∠OCB∠OCB=2(90°-∠1)∠OBC=2(90°-∠2)∠1+∠2=180°-θ∴a=2θ当两平面镜正对时θ=0°,所以a=2θ=0°,两平面镜垂直时θ=90°,a=2θ=180°,平行反射回去。
二、典型例题2:关于平面镜成像
如图所示,MN为一平面镜,P为一不透光的障碍物,S为一发光点。试用作图法画出在P的右侧能看到S虚像的位置,要求画出所有必要光线的光路图,并在直线CD上用AB线段标出范围。
分析与解答:
从点光源S发出的光入射到平面镜上反射后能传到P的右侧的只能是一部分光。由点光源和障碍物直接画光线SE,可确定出最右侧的反射光。入射到镜面E点左侧的光反射后仍可传到P的右侧,但不是无限制。确定这个限制需要作出点光源经平面镜成的像S,根据对称性很容易确定S的位置。连接S与障碍物的右端可确定反射光到达的最左侧位置。从而确定了AB线段。如图所示。
说明:以上所画出的SE光线和SA光线来确定反射光的传播范围的方法是解决平面镜问题中常用且重要的方法。
【习题精选】
1.垂直射到平面镜的光线,被平面镜垂直反射后,若将平面镜旋转45°,则反射光线转过的角度为:
A.22.5°B.45°C.90°D.180°
2.平面镜成像的特点是
A.像位于镜后,是正立的虚像
B.镜后的像距等于镜前的物距
C.像的大小跟物体的大小相等
D.像的颜色与物体的颜色相同
3.一个点光源S,放在平面镜MN前,若MN不动,光源S以速度2m/s沿与镜面成60°角度的方向向右匀速直线运动,如图所示,则光源中的像将:
A.以速率4m/s沿OS直线方向向右平移B.以速率2m/s沿垂直于OS方向向下平移C.从平面镜的另一侧向O点以2m/s的速率直线运动D.在S上看到的像以23m/s的速率直线运动4.A.B.c三条光线交于一点P,如图如果在P点前任意放一块平面镜,使三条光线皆能照于镜面上,则
A.三条光线的反射光线一定不交于一点
B.三条光线的反射光线交于一点,该点距MN的距离与P点距MN的距离相等
C.三条光线的反射光线交于一点,该点距MN的距离大于P点距MN的距离
D.三条光线的反射光线的反向延长线交于一点
5.如图所示,安装在墙上的一块长为L的平面镜,其下边缘离地高度为h,一人从上面通过平面镜以观察地面,人比平面镜高d,离墙距离为S,问他通过镜子看到地面的像有多长?并作出光路图。
6.一个半径为5m的圆形蓄水池装满水,水面与地面相平,在水池的中心上方离水面3m处吊着一盏灯,求一个身高1.8m的人可以离开水池边缘多远的距离还能看到灯在水中的像、答案:
1.C2.ABCD3.CD4.B5.(L+hd-hL+d)·S6.3m