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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(gè)重要原理。它在控制光路、作圖、研究成像等問(wèn)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練和養成過(guò)程。在教學(xué)中我認為有必要作適當補充，拓寬學(xué)生的視野�，F就它包含的物理意義及應用作簡(jiǎn)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(shí)路徑不變�？梢�(jiàn)“光路可逆”是對光線(xiàn)而言的。
(2)“光路可逆”包含兩層含義：一是“光反射時(shí)光路是可逆的”;二是“光折射時(shí)光路是可逆的”。
(3)當光在界面上發(fā)生反射時(shí)，如果光線(xiàn)逆著(zhù)原來(lái)的反射光線(xiàn)的方向入射時(shí)，反射光線(xiàn)就要逆著(zhù)原來(lái)入射光線(xiàn)的方向反射出去。這就是說(shuō)“光反射時(shí)光路是可逆的”。
當光在界面發(fā)生折射時(shí)，如果光線(xiàn)逆著(zhù)原來(lái)的折射光線(xiàn)的方向入射時(shí)，折射光線(xiàn)就要逆著(zhù)原來(lái)的入射光線(xiàn)的方向折射出去。這就是說(shuō)“光折射時(shí)光路是可逆的”。
2.“光路可逆性”應用舉例
(1)利用“光折射時(shí)光路是可逆的”便于理解教材中活動(dòng)的結論：“光從空氣斜射入水(或玻璃)時(shí)，折射光線(xiàn)偏向法線(xiàn)方向，即折射角小于入射角;當光從水(或玻璃)斜射入空氣時(shí)，折射光線(xiàn)偏離法線(xiàn)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(xiàn)的作用，在一個(gè)圖上改變箭頭方向可轉化為兩個(gè)圖，使問(wèn)題簡(jiǎn)單化。如凸透鏡對光線(xiàn)的作用，由圖1可變?yōu)閳D2。
(3)利用“光反射時(shí)光路是可逆的”可快速確定觀(guān)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(guān)察，你通過(guò)平面鏡能觀(guān)察到擋板左側地面上哪一部分?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(jìn)入人眼。由于光反射時(shí)光路是可逆的，可把人眼當作發(fā)光點(diǎn)處理，這樣原命題可變?yōu)榘l(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)平面鏡M反射后能照亮擋板左側地面上的哪一部分。經(jīng)這樣處理問(wèn)題簡(jiǎn)單了，如圖在O處能觀(guān)察地面的CD部分。
“光路可逆性”在初中光學(xué)中應用得當可使問(wèn)題簡(jiǎn)單化，到高中也有重要作用。如水中的魚(yú)觀(guān)察空氣中的景物和水中的點(diǎn)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(shí)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(xué)，不可忽略，應貫穿在整個(gè)幾何光學(xué)中。在教學(xué)中應遵循循序漸進(jìn)的原則，不斷滲透到教學(xué)和習題訓練中，同時(shí)培養學(xué)生的逆向思維。
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