熊建新

摘 要：對(duì)“人教版”《探究光反射時(shí)的規(guī)律》一節(jié)中探究實(shí)驗(yàn)的某些步驟的必要性從理論上進(jìn)行了闡述，并對(duì)該節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：光反射；入射光線；反射光線；法線

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）2-0064-1

《探究光反射時(shí)的規(guī)律》（“人教版”）是初中光學(xué)的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。

筆者一直存在兩個(gè)疑惑：一是為什么一開始要把紙板豎直地立在平面鏡上；二是有必要探究入射光線、反射光線、法線三線共面嗎？筆者以為該實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)而不是探究性實(shí)驗(yàn)。下面就這兩個(gè)疑惑加以分析：

為什么實(shí)驗(yàn)中白紙板或光屏一定要豎直地立在平面鏡上呢？當(dāng)光束沿著白紙板或光屏射到平面鏡（反射面）上時(shí)，我們?cè)诎准埌寤蚬馄辽峡吹降墓廑E實(shí)際上是一部分光在傳播過(guò)程中在白紙板或光屏表面（微觀上是凹凸不平的）發(fā)生漫反射的反射點(diǎn)的集合。光束沿著白紙板或光屏在傳播過(guò)程中越來(lái)越細(xì)，理想情況下，到達(dá)平面鏡的光束實(shí)際上在與白紙板或光屏平行的平面上。其實(shí)，反射光束也在與白紙板或光屏平行的平面上，只是反射光束在空氣中傳播肉眼看不見。當(dāng)白紙板或光屏相對(duì)平面鏡的傾斜角度較大（大于90度）時(shí)，射到平面鏡的光束所在的平面與白紙板或光屏平行且有一定的距離，如圖1（a）。當(dāng)白紙板或光屏與平面鏡垂直時(shí)，射到平面鏡的光束所在的平面與白紙板或光屏平行且距離最小，如圖1（b）。這樣，反射光束呈現(xiàn)在白紙板或光屏（微觀上是凹凸不平的）上的機(jī)會(huì)最大。因此，實(shí)驗(yàn)中白紙板或光屏一定要豎直地立在平面鏡上。

我們知道兩條相交直線一定共面。已知兩條相交直線中的一條在某個(gè)面上，則另一條必在該面上。入射光線、反射光線是兩條相交直線，必定在同一平面上。 當(dāng)白紙板或光屏垂直于平面鏡時(shí)，如果讓入射光束從白紙板或光屏上射向平面鏡，則反射光束必呈現(xiàn)在白紙板或光屏上。法線是過(guò)入射點(diǎn)（在白紙板或光屏與平面鏡的交線上）垂直于平面鏡的直線，是為了定量、方便地描述反射規(guī)律而引入的，根據(jù)立體幾何定理很容易知道法線一定在白紙板或光屏上。因此，入射光線、反射光線、法線一定共面，三線共面是無(wú)需探究的，探究三線共面違背了簡(jiǎn)單的立體幾何定理。

解決了上述兩個(gè)疑惑，我們可以站在初學(xué)者的角度設(shè)計(jì)“探究光反射時(shí)的規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)方案?？傮w思路如下：首先，引導(dǎo)學(xué)生思考怎樣顯示入射光線、反射光線的路徑；然后，把一個(gè)平面（如：白紙板、光屏）放在平面鏡上承接入射光線、反射光線，在操作中確定這個(gè)承接平面與反射面（平面鏡）的空間位置關(guān)系，為了定量、方便地描述反射規(guī)律引入法線（在承接平面上）、入射角、反射角；最后，探究反射角和入射角的關(guān)系，多次改變?nèi)肷浣侵貜?fù)實(shí)驗(yàn)，分析數(shù)據(jù)后就可以得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]課程教材研究所 物理課程教材研究開發(fā)中心.物理（八年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012.

（欄目編輯 鄧 磊）