关于"光的反射定律实验"的问题
第 1 页 共 3 页关于“光的反射定律实验” 关于“光的反射定律实验”的问题——对教学中某些实验的质疑之一 ——对教学中某些实验的质疑之一A question on the
第 2 页 共 3 页情况，我们通常用带有箭头的直线表示光的径迹和方向.这样的直线叫光线. 情况，我们通常用带有箭头的直线表示光的径迹和方向.这样的直线叫光线.” 这就是说在图 1 纸板上的“入射光线”EO 和“反射光线”OF 是用笔画出来的“线” 用笔画出来的“ ， 用笔画出来的 而不是“ ，这既显示出实际的操作程序，又科学准确合乎逻辑，是以前的教科书中所没有 而不是“光” 的.值得一提的是这与牛顿当初在《光学》一书中的描述是一致的.在牛顿《光学》第一编， 第一部分， 定义 4 中描述入射角时说： 入射角是入射光线描出的直线与过入射点的反射或折 “入射角是入射光线描出的直线与过入射点的反射或折 射表面的垂线之间的夹角.”定义 5 中对反射角和折射角的描述有同样的说法： 反射角或折 射表面的垂线之间的夹角 “ 射角是反射或折射光线描出的直线与过入射点的反射或折射表面的垂线之间的夹角. 同时也 射角是反射或折射光线描出的直线与过入射点的反射或折射表面的垂线之间的夹角.” 与专业“几何光学教程”中所说的“光线是几何线而不是光”的说法相吻合. “光线是几何线而不是光” 如此做验证反射定律的实验虽不算严密但尚可接受.然而接下来的后续实验却有些令人 狐疑. 接下来教科书的是这样说的： 纸板 ENF 是用两块纸板连接起来的.把纸板 NOF 向前折 “ 是用两块纸板连接起来的. 或向后折（ ，还能看到反射光线吗 还能看到反射光线吗？ 或向后折（图 2） 还能看到反射光线吗？”意思是“不能看到反射光线了” 这个实验是以 “不能看到反射光线了” ！ 学生“探究”的形式写的，所以有这样的口气.后边还有 一句话： 关于光的反射，你发现了什么规律？” “关于光的反射，你发现了什么规律？ 再接下来教科书给出了 “法线” 、 “入射角” 、 “反射角” 之后，在上述实验的基础上得出结论： 在反射现象中， “在反射现象中， 反射光线、入射光线和法线在同一个平面内；反射光线、 反射光线、入射光线和法线在同一个平面内；反射光线、 入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角. 入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角.”图 2 选自现行教科书看来， 反射光线、入射光线和法线在同一个平面内”这一结论就靠图 2 的实验得出来的 “反射光线、入射光线和法线在同一个平面内” 了！其实这是有问题的！ 我们要问：如果学生依图 2 的要求做实验，而得出的结果却是“把纸板 NOF 向前折或向 把纸板 后折，只要折的角度不大，还是能够看到反射光线的 . 后折 只要折的角度不大，还是能够看到反射光线的”.又如何呢？这完全是可能的！ 只要折的角度不大 第一， 纸板 ENF”是否平面没有得到证明，甚至在教科书的叙述中也没有说明. “纸板 第二，就算纸板是平的，射在纸板上的光的径迹也绝不是一条光线能够形成的.真正做实 验时使用的光束必须有足够大小的截面，通常是用有足够宽度的带状平行光束，如图 3 所示.第 2 页 共 3 页
第 3 页 共 3 页我们看见在纸板上显示的光的径迹，是光射到纸板上发生了漫反射，有漫反射的光进入 我们眼睛引起视觉的结果.如果光没有进入我们的眼睛， 就是从我们的眼前经过我们也是看不 见的.如图 3 所示，纸板平面像 E′F′D′C′那样与入射的光 束平行，我们是看不到入射光和反射光的径迹的，因为根 本就没有光射到纸板上.只有入射光束与纸板平面有一定 交角时，如图中 EFDC 那样，且纸板表面较粗糙，入射光 和反射光才能射到纸板平面上，才能发生漫反射，才能有 光射到我们的眼睛中来（因此，在图 2 中用笔描出的入射 光 EO 和反射光 OF 的径迹 径迹并非真正沿光的传播方向，而 径迹图 3是有一定的交角，不是真正符合定义的光线，所以笔者在前文曾说“不算严密” ）. 向前折或向后折” 在这种情况下如教科书所说“把纸板 NOF 向前折或向后折” 并提问“还能看到反射光 把纸板 ， “ 线吗？ 线吗？”其答案可就不是确定的了！把纸板 NOF 向前折或向后折的角度大，就看不见反射光 的径迹了；如果角度小，从图中可以看出，在一定范围内（在光束之内，不越过 E′F′D′C′的 界线） ，其结果是可以看见反射光的径迹的，而且实验所用光束越宽这个范围越大. 往年的教科书中没有这个实验，笔者的印象好是近些年有第一线的教师首先提出来的， 最近才被人教社引入教科书.创新一个实验需要付出许多心血， 但很可惜这个实验设计有考虑 不周之处. 在牛顿的《光学》一书中，没有光的反射定律实验，而有的是公理.在周岳明、舒幼生、 邢峰、熊汉富译，牛顿所著《光学——关于光的反射、折射、拐射和颜色的论文》一书（1988 年北京科学普及出版社出版）第一编 第一部分有：公理 1：反射角、折射角与入射角处于同 公理 ：反射角、 一平面内； 一平面内；公理 2：反射角等于入射角 ：反射角等于入射角.并没有实验.如此看来，也许这是一个经验定律，而不 是一个实验定律. 以上是笔者一己之见，错讹之处还望指正.2012初稿，2012修订，20132012-6-27 初稿，2012-7-3 修订，2013-1-19 再修订第 3 页 共 3 页