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光学

光的直线传播与反射

验证反射定律:反射角等于入射角(均相对法线测量)。在三维平面镜模型上拖动入射角滑块,读取角度读数,观察关于镜面对称的虚像。

初中

⚠ 使用激光或强光源做真实实验时,切勿直视光束或其反射光。

器材

  • 三维画布上的平面镜与虚拟光源
  • 入射角滑块(度数读数)
  • 第二光路图用的折射率与焦距滑块
  • 入射点处的法线;角度与临界角读数

实验步骤

  1. 验证入射角等于反射角

    在图1中将入射角滑块依次设为 15°、30°、45°、60°:反射光线总在法线另一侧以相同角度射出——在读数中确认两角相等。

  2. 观察平面镜成像

    拖动画布改变视角:光源的虚像始终关于镜面对称、距离相等——每条反射光线的反向延长线都经过它。这就是平面镜成等大像的原理。

  3. 改变条件并预测光线

    在图2中提高下方介质的折射率:当光从高折射率射向低折射率时,读取“临界角”读数——超过它光线将全反射而非折射。将入射角分别设在临界角上下以比较。

模拟

实验历史

反射定律——入射角等于反射角——最早由亚历山大的希罗在《反射光学》(公元1世纪)中描述,并把它与最短路径原理联系起来;托勒密实测了折射角,伊本·海赛姆在11世纪的《光学宝鉴》中将光学系统化。 欧几里得更早便已陈述光在均匀介质中直线传播。如今这两条定律都是费马最短时间原理的推论,而最早的反射测量表正是牛顿反射望远镜与现代光学的基础。

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