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方法比知识更重要?介绍几种解答光学问题的方法

时间:2019-04-07 14:59:03

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方法比知识更重要?介绍几种解答光学问题的方法

有哲人曾说过:“方法比知识更重要”。通过对光现象的学习,我们不但学到了许多物理知识,更重要的是能从中领悟到了一些特殊的解题方法,这些方法对同学们来说则是终身受益的。现举例加以说明。

一、等效法

所谓等效,是指物理现象或物理过程在某些方面具有效果相当或相等。等效法可把复杂的物理过程转化为简单的物理过程来研究和处理,往往可以起到化繁为易的效果。

例1已知平面镜上的两条入射光线,如图1所示。若只有刻度尺,而没有量角器,请你比较准确地画出相应的反射光线。

解析:由于受题中条件的限制,不可能利用光的反射定律来作反射光线。因此,只能运用平面镜成虚像的性质去考虑。在图1中,我们可以在两条入射光线上任取两点,分别作出这两点的虚像,然后再连接虚像和入射点,作出反射光线。由于这两点可以任意选取,故可将这两点用一点S来代替,即这一点与两点在效果上是一样的。因在平面镜成像中,所有反射光线的反向延长线都通过虚像点,则可得到如下作图步骤:作S?S垂直于MN,交镜面于一点O,且使S?O=SO,S?即为S的虚像。连接SO1和SO2并分别延长至A和B,用箭头表示光的传播方向,即O1A和O2B为所求的反射光线,如图2所示。

二、假设法

所谓假设法就是依据题意假设某一结论成立,然后以它为前提进行分析、推理,如果它与某个(些)已知条件相矛盾或由它推理出一个荒谬的结论,我们就确认该结论错误,反之亦然.

例2如图3所示是一束光线在空气和玻璃的界面上发生反射和折射时的情况。试在图中画出界面的位置并指出反射光线、折射光线以及空气和玻璃所在的位置。

解析因题中没有空气和玻璃的界面位置,因此,反射光线和折射光线不能一眼望出。此时可采用假设的方法进行确定。假设OB为反射光线,那么,OC就是折射光线。根据反射定律中“反射角等于入射角”可知,法线是反射光线与入射光线的夹角的角平分线,如图4中的N1N2.从图中可知,折射光线OC和入射光线AO没有分居在法线的两侧,且在同一种介质中,故跟光的折射规律相矛盾,可见,上述假设不成立。由此得出,OC为反射光线,OB应为折射光线。继而可作出法线N1N2,两种物质的界面PQ,如图5所示.由于入射角∠N2OA比折射角∠N1OB大,故可以确定界面PQ的下方为空气,上方为玻璃。

三、对称法

平面镜所成的像是正立的虚像,且像和物相对于镜面对称,即上下不变,左右翻转。在解答与平面镜成像有关的一类物理问题时,利用对称法往往有化繁为简、化难为易的作用.

例3小明同学在平面镜中看到身后墙上时钟的如图6所示,你认为此时实际时间最接近八点的是

解析根据物像具有对称性,解答本题最简单的办法是从背面看或再从镜子里看,假如这些条件不具备,可以利用画轴对称图的方法进行。因从镜中观看钟表时,表示12点和6点的位置与实际位置相同,其它点数的位置恰好关于经过12点和6点的直线成轴对称,因此,我们可以画出各种情形下的实际时间数,A表示的大约是4点10分;B表示的大约是3点55分;C表示的大约是7点50分;D表示的大约是8点5分,故选D.

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