光的反射实验和定律 为什么要引入“法线”不引入可以吗？

沃德科学仪器　03-29 09:53

八年级物理光学部分光的反射实验和定律探讨中，引入了法线的概念，法线是过入射点并垂直于镜面的直线。那么，为什么要进入法线的概念呢？笔者在备课过程中，对于法线的认识也经历了从粗浅到深入的过程，现在就简单谈谈笔者的认识。

观点一：是为了更加清晰地表述反射定律

法线的引入是为了研究反射角和入射角的关系，是为了便于表述反射定律，反射定律中的三线共面，两线分居都直接涉及了法线，等角也间接用到了法线，没有法线，要如何表述光的反射定律呢？这种认识，虽然肤浅，但笔者在多年的教学中基本也是这样认为的。

观点二：从立体几何的角度阐述物理的需要

立体几何使我们了解，有交点的两条直线一定共面，那么只讨论反射光线与入射光线在同一平面内就没有意义。所以引入法线，三线共面才能表述，才能确定入射光线和反射光线在空间的位置。但是，这样的法线位置是不符合事实的，肯定也是错的。也说明了一点，法线的概念引出不是角平分线，不是为了研究角度关系而得出的。

观点三：法线的引入是为了初中生更好的理解

物理定律的表述方式不是唯一的，比如说牛顿定律在初中物理教材、高中物理教材和大学物理中的表述是有差异的，这种差异是为了符合不同知识储备的学生的认知规律。笔者觉得反射规律如果在高中物理课本中出现，就可以不需要引入法线的概念了，所以法线这个概念只是为了符合不具备立体几何知识的初中学生的认知规律而引入的。实际上光的反射定律有三种表述．分别是标量表述、矢量表述和矩阵表述。标量表述就是我们所熟知的表述，矢量表述更加精确地表述了光在空间的反射特点。矩阵表述更加适合于计算机对于光路的精确运算。

光的光反射定律如果没有法线可以吗？

如果没有法线，还能准确表述光的反射定律吗？可以，没有法线的反射定律可以这样表述：反射光线和界面的夹角等于入射光线和界面的夹角，反射光线和入射光线所在的平面与界面垂直。

我们初中阶段学习的光的反射定律还不具备面与面垂直的概念，所以认知有困难。教材采用了一个折中的方法，用法线来确定垂直于界面的这个平面。虽然线与面的垂直也属于立体几何的内容，但是对于初中学生而言比面与面的垂直容易理解，既符合了学生的认知又准确表述了光的反射定律。

所以，法线的意思在于固定了反射光线和入射光线所在的平面与界面垂直。课本中法线的介绍就是从反射光线和入射光线重合这个特殊位置开始的。符合学生的认知规律，自然给出了法线的概念。