關於略談“光路可逆性”教學

論文類別:理學論文 > 物理學論文
論文作者: 蔣廷軍
上傳時間:2011/11/8 7:15:00

    “光路可逆性”是幾何光學中的一個重要原理。它在控制光路、作圖、研究成像等問題都有獨特作用。從思維角度看,應用“光路可逆性”解題是一種逆向思維的訓练和養成過程。在教学中我認為有必要作適當补充,拓寬學生的視野。現就它包含的物理意義及應用作簡單闡述,僅供參考。
    1.“光路可逆性”包含的物理意义
    (1)“光路”即光的傳播路徑,“光路可逆”是指光逆向傳播時路徑不變。可見“光路可逆”是對光线而言的。
    (2)“光路可逆”包含两層含義:一是“光反射時光路是可逆的”;二是“光折射時光路是可逆的”。
    (3)當光在界面上發生反射時,如果光線逆着原來的反射光線的方向入射時,反射光線就要逆著原來入射光線的方向反射出去。這就是說“光反射时光路是可逆的”。
    當光在界面發生折射時,如果光線逆著原來的折射光線的方向入射時,折射光线就要逆著原來的入射光線的方向折射出去。這就是說“光折射時光路是可逆的”。
    2.“光路可逆性”應用舉例
    (1)利用“光折射時光路是可逆的”便於理解教材中活動的結論:“光從空氣斜射入水(或玻璃)時,折射光線偏向法线方向,即折射角小于入射角;當光從水(或玻璃)斜射入空氣時,折射光線偏離法線方向,即折射角大於入射角。”
    (2)利用“光路可逆性”原理便於理解球面鏡和透鏡對光线的作用,在一個圖上改變箭頭方向可轉化為兩個圖,使問題簡單化。如凸透鏡對光線的作用,由圖1可變为圖2。
关于略谈“光路可逆性”教学    
    圖1         圖2  
    (3)利用“光反射時光路是可逆的”可快速確定觀察範圍。如圖3地面AB正上方有一平行於地面放置的平面鏡M,地面上竖直放一擋光板,人眼在O處觀察,你通過平面鏡能觀察到挡板左側地面上哪一部分?試作圖表示。
关于略谈“光路可逆性”教学  
    圖3
    分析與解 人眼能看到地面的一部分是由於這部分反射的光經平面鏡反射後剛好進入人眼。由於光反射時光路是可逆的,可把人眼當作發光點處理,這樣原命題可變为發光點發出的光經平面鏡M反射後能照亮擋板左側地面上的哪一部分。經這樣處理問題簡单了,如圖在O處能觀察地面的CD部分。
    “光路可逆性”在初中光學中应用得當可使問題簡单化,到高中也有重要作用。如水中的魚觀察空氣中的景物和水中的點光源能照亮水面外空氣的範圍都在頂角是97度的倒立圓錐裏。這是光折射時光路可逆的應用。
    總之,由以上探討可以看出“光路可逆性”教學,不可忽略,應貫穿在整个幾何光學中。在教学中應遵循循序漸進的原則,不斷滲透到教學和習题訓練中,同時培養學生的逆向思維。 免费論文下載中心 http://www.hi138.com
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