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略談“光路可逆性”教學(xué)
“光路可逆性”是幾何光學(xué)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(yīng)用“光路可逆性”解題是一種逆向思維的訓(xùn)練和養(yǎng)成過程。在教學(xué)中我認(rèn)為有必要作適當(dāng)補充，拓寬學(xué)生的視野�，F(xiàn)就它包含的物理意義及應(yīng)用作簡單闡述，僅供參考。
1.“光路可逆性”包含的物理意義
(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”是對光線而言的。
(2)“光路可逆”包含兩層含義：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(dāng)光在界面上發(fā)生反射時，如果光線逆著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“光反射時光路是可逆的”。
當(dāng)光在界面發(fā)生折射時，如果光線逆著原來的折射光線的方向入射時，折射光線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(yīng)用舉例
(1)利用“光折射時光路是可逆的”便于理解教材中活動的結(jié)論：“光從空氣斜射入水(或玻璃)時，折射光線偏向法線方向，即折射角小于入射角;當(dāng)光從水(或玻璃)斜射入空氣時，折射光線偏離法線方向，即折射角大于入射角。”
(2)利用“光路可逆性”原理便于理解球面鏡和透鏡對光線的作用，在一個圖上改變箭頭方向可轉(zhuǎn)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?yōu)閳D2。
(3)利用“光反射時光路是可逆的”可快速確定觀察范圍。如圖3地面AB正上方有一平行于地面放置的平面鏡M，地面上豎直放一擋光板，人眼在O處觀察，你通過平面鏡能觀察到擋板左側(cè)地面上哪一部分?試作圖表示。
分析與解 人眼能看到地面的一部分是由于這部分反射的光經(jīng)平面鏡反射后剛好進入人眼。由于光反射時光路是可逆的，可把人眼當(dāng)作發(fā)光點處理，這樣原命題可變?yōu)榘l(fā)光點發(fā)出的光經(jīng)平面鏡M反射后能照亮擋板左側(cè)地面上的哪一部分。經(jīng)這樣處理問題簡單了，如圖在O處能觀察地面的CD部分。
“光路可逆性”在初中光學(xué)中應(yīng)用得當(dāng)可使問題簡單化，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范圍都在頂角是97度的倒立圓錐里。這是光折射時光路可逆的應(yīng)用。
總之，由以上探討可以看出“光路可逆性”教學(xué)，不可忽略，應(yīng)貫穿在整個幾何光學(xué)中。在教學(xué)中應(yīng)遵循循序漸進的原則，不斷滲透到教學(xué)和習(xí)題訓(xùn)練中，同時培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維。
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