浅谈几何光学补充的教学

1、浅谈几何光学补充的教学林朝荣通过对2010级学生的了解，学生在光学方面上的基础是很不好的，包描初中就 应该掌握的平面镜反射的知识也没能真正理解，对于成像问题，学生是十分薄弱 的，而高中的教材都没有涉及，怎么办呢？在3+x高考模式下，特别注重对学生 综合素质能力的考杳。首先是学科内的综合，其次是多学科的交叉综合，联系实 际生活和现代高科技技术，更是综合能力测试的一个热点。我们知道11年的高 考特别注重数学知识在物理上的运用，这就要求我们在平常的教学实际中，加强 这方面的教学和训练。光在直线传播和光的反射其实是很能考察学生能力的，尤 其是数学知识在物理上的运用，包括平面几何和其它相关的知识，下面是

2、我在光 在直线传播和光的反射中教学和复习的做法，谈点口己的心得：一、光的直线传播光是由光源发岀的，具有能量，在同一种均匀媒质中沿直线传播。所谓光源，就 是指木身能够发光的物体。如太阳、点燃的蜡烛等。但月球不是光源，它木身不 能发光。光源发光的过程，就是其它形式能向光能转化的过程。其能量转化如下: 光能光源发光其它形式能（内能、化学能、电能等）光能在其屮传播的媒介物叫媒质，应当是透明的。为了表示光在均匀媒质屮的传 播，人们引入了光线这个概念，它实际不存在，是人们为了研究的方便人为引入 的，是光束的抽象。人眼确定物体的位置就是利用了光的直线传播，如图所示， 由于光的反射，在许多情况下，眼睛往往会受

3、骗，看到的并不是物体的实际位置, 而是它的虚像。小孔成像也是光的直线传播的结果。如图所示，由图可知，小孔所成的像是倒立 实像。如夏季在茂密的树荫下看到的圆形光斑，都是太阳的实像。如果在不透明 的硬纸板上，刻上三个面积等大的三角形、圆形、方形小孔，放在阳光下，都会 看到三个圆形光斑，它们实际上都是太阳的实像。利用光的盲线传播述可以解释彩的形成。所谓影就是光照在不透明的物体上，在 物体背后形成的光线照不到的黑暗区域。如图所示，点光源的影是由点光源发出 的与物体相切的光线所围成的区域。影的大小可利用相似三角形的对应边成比例 进行计算。例如:2m高旗杆直立地面,影长为1.5m,旁边烟囱影长为7. 5m

4、,则面光源的影可分为如图所示的四个区域。a为本影区，其大小与发光面s的大小 及光源与物体间距离冇关。医院里的无影灯就是用增大光源发光而来减小本影区 的。b、c、d为半影区，其中c为伪本影区。利用影的形成可以解释日食和月食 现象。当太阳、刀球、地球位于一直线时，如果地球位于月球的本影区则这里可观察到 日全食；地球位于月球半影区，这里可看到日偏食；当地球位于月球的伪木影区, 这里可观察到口环食。显然仃食发生在农历的初一，11fi全食、口环食不可能在 地球上不同位置同时观察到。当太阳、地球、月球位于一直线，月球部分或全部 进入地球的本影区时，可观察到月偏食或月全食。月食应发生在农丿力的十五或十 六日

5、，注意没有刀环食。对于光的直线传播，学生并不会难理解，但是涉及运动吋就要会运用数学知识来 解题如下面的例题：例：如图所示，m为离地ii高的点光源，ab为竖直的口墙，现处沿水平方向 抛出一小球，它刚好落在b点，问小球的影子在墙上做什么运动，并证明你的结 论。分析与解：小球的影子作匀速运动，证明如下：设小球抛岀的初速度为,经时 间t后从m运动到m”，其影子从a运动到a”，m到墙的距离为l。由题意得:i 6设影子位移aa”二s,由mpm” s/maa”得:aa7j l由于小球影子的位移s与时间t成正比，所以小球影子在墙上的运动为匀速运动, 其速度为 * v也。而学生往往就是不懂的去求影子位移s的表达

6、式，在从中寻找规律。教学的过程屮就要求学生要会用数学知识，要会迁移，平常的教学要注重画图， 这是几何光学的基本功。二、光的反射、反射定律光从一种媒质射向另一种媒质的界而时再返回原媒质继续传播的现象叫光的反 射。光的反射遵守反射定律：反射光线总跟入射光线和法线在同一平面内；反射 光线和入射光线分居于法线两侧；反射角等于入射角，如图所示，简言之：三线 共面，两线对称。实验表明：在反射现象屮光路可逆。反射光的能量随入射角的增大而增强，光的 反射可分为镜面反射和漫反射，其特点如下，镜面反射的入射光线平行，反射光 线也平行，反射面为光滑平面；漫反射的入射光线平行，反射光线不平行，反射 面是粗糙的。黑板反

7、光看不清字是因为发生了镜面反射，我们能从不同的方向看 清物体是因为发生了漫反射的原因。根据以上知识讨论如下两个问题：1. 晚上用照相机拍照电视画面，室内灯、闪光灯开了效果好，还是关了效果好 呢？2. 烛光前并列水平放置的平面镜和等大片纸，哪一个亮些，为什么？三、平面镜成的像的问题平而镜是利用光的反射成像的光学元件乙一。它的反射而是平而镜后边的金屈镀 层，平而镜所成的像是正立、等大的虚像；像和物对称于平而镜。冇关计算可利 用相似三角形的对应边成比例进行。如平静的水面可看作平面镜。因此平时我们 所说的水屮的倒影并不是影子，而是虚像。平面镜成像的应用非常广泛。许多精密仪表的刻度盘上都装冇平面镜，利用

8、指针, 虚像连线与镜面垂直便丁准确读出有关数据。判断穿衣镜的厚度可以用手指按在 镜而上，手指尖和它的虚像间距离大约是镜子厚度的2倍，利用直立的平而镜要 看到自己的全身像，平面镜的长度至少应是身高的一半。不难证明，光经互相垂 直的平面镜反射后，反射光与原入射光平行，但方向相反。因此利用三块互相垂直的平而镜组成一个万能反射镜，能把从各个方向射来的光线，平行反向地反射 冋去。用平面镜控制光路，它只改变光的传播方向，不改变光束的性质，在作平面镜成 像的光路图时，口j利用其成像的对称性先确定像的位置，然后再画光线，标箭头, 分清实线和虚线，如图所示，这样作图既准确又快捷，避免了作法线量角度的麻 烦。注意，经平而镜反射的光线都可以看作是由虚像点直接发出的。而分析像的运动也是要懂得运用像的规律去解决问题的。例题：入射光线ao能从地面竖直地射向水平放置的平面镜上，如将镜面绕 水平转轴转过15°角，则反射光线转过 o上题是有关镜面转到角度和反射光学转到角度的问题，则应该要引导学生先画法 线，再认真分析入射角和反射角变化规律，反射光线和入射光线的关系。例题：人在以v的速度远离镜面，则人的像和对于人的速度是多少？再如人对着镜面，镜面以v的速度远离人，则人的像相对丁人的速度是多少？ 这两个问题需要学生善于想象，也可以用像的