摘要：本文將光的直線傳播、光的反射、光的折射和人對(duì)光的直覺感受結(jié)合起來，探討了建立光線模型，并例舉了光線模型在解題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光線；直線傳播；反射；折射；直覺；虛像；光線模型

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148(2011)5(S)-0044-2

光線是為了形象地描述光的行徑而假想的有方向的直線，它能形象地描述光的各種行徑，如：光的直線傳播、反射、折射等。由此，我們不妨探討一下：把光的直線傳播規(guī)律、光的反射定律、光的折射規(guī)律等，用光線表示出來“印”在大腦里，建立一系列光行徑的圖景——光線模型（限于篇幅不再作圖）。建立光線模型時(shí)，我們應(yīng)把光的各種行徑同人對(duì)光線的直覺感受結(jié)合起來，這樣才會(huì)對(duì)它認(rèn)識(shí)得更清楚，運(yùn)用起來更自如。人對(duì)光線的直覺感受是：一、由于光在同一種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的，所以人總是覺得傳入人眼的光是直的；二、由于光遇到介面反射或進(jìn)入另一種介質(zhì)中折射后，仍然是沿著直線傳播的，所以人總是將逆著反射光線或折射光線看到的物體的虛像錯(cuò)覺為物體本身，其實(shí)真正的物體人并未看到。有了這樣的聯(lián)系和認(rèn)識(shí)，我們的大腦中，就有了一系列光在行徑中的圖景----光線模型，運(yùn)用它解答光現(xiàn)象，問題就簡單多了?，F(xiàn)例析一下光線模型在解題中的應(yīng)用。

例1 在雨后晴朗的夜里行走，為了不踩到地上的積水，下面判斷中正確的是：（ ）

A.迎著月光走，地上發(fā)亮處是水；

B.背著月光走，地上發(fā)亮處是水；

C.迎著或背著月光走，都應(yīng)是地上發(fā)亮處是水；

D.迎著或背著月光走，都應(yīng)是地上發(fā)暗處是水。

這道題很容易讓人聯(lián)系到鏡面反射和漫反射的區(qū)別，而誤選答案C，(因?yàn)榉e水處的水面發(fā)生的是鏡面反射，對(duì)月光的反射很強(qiáng))。但如果用光發(fā)生反射時(shí)的光線模型解答，就能準(zhǔn)確的描述光的行徑和比較人迎著或背著月光走時(shí)，進(jìn)入人眼的光線的強(qiáng)弱。如圖1所示，人迎著月光走時(shí)，水面反射的光線進(jìn)入人眼，由于該反射是鏡面反射，反射光強(qiáng)，所以積水處較亮；而路面其它地方發(fā)生的是漫反射，反射光比較弱，所以看起來較暗。圖2所示，人背著月光走時(shí)，水面雖然也發(fā)生了鏡面反射，但反射光線朝著人的正前方射出，它不能到達(dá)人眼，所以人因幾乎看不到水面反射的光而感覺到水面很暗，而路面上其它地方的漫反射光線盡管較弱，但能進(jìn)入人眼，所以人感覺到路面其它地方較亮。所以，人迎著月光走地上發(fā)亮處是水，人背著月光走地上發(fā)暗處是水，正確答案是A。

例2 在一個(gè)干枯的井底中央P點(diǎn)趴著一只青蛙，井上有一只小狗，小狗恰好看不到青蛙，青蛙也看不到小狗，此時(shí)青蛙能看到的視野范圍如圖3所示。天降大雨時(shí)井中全部灌滿水，若青蛙和小狗保持原來的位置不變，下面說法正確的是：（ ）

A.狗仍然看不到青蛙；

B.狗看到了青蛙，但不在原位置上;

C.狗看到了青蛙，但青蛙沒有看到狗；

D.青蛙看井外的視野變大了。

這道題用光線模型解答十分簡便：圖3中來自青蛙的光線被井壁擋住，所以它們相互看不見。雨后灌滿水時(shí)，光線模型變?yōu)閬碜郧嗤艿墓饩€在空氣中折射的情形，如圖4所示。來自青蛙的光線AO的折射光線OB進(jìn)入狗的眼中，狗的直覺（與人的直覺一樣）認(rèn)為光是從折射光線OB的延長線上射來的，所以狗逆著折射光線的延長線看到了青蛙的虛像A′，并且像的位置變高了，所以答案A錯(cuò)、B正確。同理來自狗的光線BO在水中折射后沿OA進(jìn)入青蛙的眼中，青蛙也看到了狗，同時(shí)在圖4中比較折射前后的情形，青蛙的視野變大了。答案C錯(cuò)，D正確。所以本題的正確答案是B、D。

例3 小明站在游泳池邊A處，看到路燈B在水池中的像，與他看到的池中的一條魚在C點(diǎn)重合，試確定路燈B的位置和池中魚的大致位置C′。

這道題中要構(gòu)建兩種光線模型，如圖6示：一是來自路燈的光線在水面處反射后沿OA進(jìn)入人眼，人逆著反射光線沿AO方向看到了路燈的像C，由平面鏡成像規(guī)律可知，路燈B與它的像C關(guān)于水面對(duì)稱，由此可確定路燈的位置在B點(diǎn)。二是來自魚的光線在空氣中折射后也沿OA進(jìn)入人眼，人逆著折射光線沿AO方向看到的是魚的像C，而不是真正的魚，因這種光線模型中折射角大于入射角，所以魚的大體位置應(yīng)在略低于C點(diǎn)的C′點(diǎn)。解答見圖6。

例4 墻上掛著一塊長30厘米的平面鏡，小華站在鏡子前1.5米處，這時(shí)他從鏡子中正好看到身后的一根木桿，木桿高2米，那么這跟木桿離人的距離應(yīng)該是多少米？

解答本題的關(guān)鍵是構(gòu)建兩個(gè)光反射時(shí)的光線模型，如圖7示：分別是來自木桿上端A和下端B的光線AM和BN，經(jīng)鏡面反射后分別沿MO和NO進(jìn)入人眼O，人逆著反射光線沿OM和ON看到了AB的像A′B′，根據(jù)平面鏡成像的規(guī)律可知：木桿的像A′B′和木桿AB關(guān)于鏡面對(duì)稱(如圖7示)。由相似三角形的知識(shí)可知：

OQOP=A′B′MN

OQ=A′B′MN#8226;OP

=200.3×1.5

=10（米）

所以桿的像離鏡面的距離：

PQ=OQ-OP=10-1.5

=8.5（米）

人離桿的距離為：

8.5-1.5=7（米）

由上述例題的解答可以看出，建立光線模型解題時(shí)，一要熟悉用光線表示光的直線傳播規(guī)律、光的反射定律、光的折射規(guī)律，二要聯(lián)系人們對(duì)光的直覺感受，這樣才能在光現(xiàn)象中，清晰地認(rèn)識(shí)光傳播的行徑，解題時(shí)才能將其運(yùn)用得靈活自如。

(欄目編輯陳 潔)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文