光路可逆性不可小视

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光路的可逆性原理及其应用

光路的可逆性原理及其应用

光路的可逆性原理及其应用光路的可逆性原理是基于光的波动性和几何光学的基本原理的综合效应。

首先,光是一种波动的电磁辐射,它遵循波动方程,因此光可以通过折射、反射等方式改变传播的方向。

其次,几何光学中,光线传播的路径是可逆的,即沿着路径的反向传播的光线与正向传播的光线具有相同的路径。

基于光路的可逆性原理,有许多应用在光学系统中。

首先,基于光路的可逆性原理,可以实现光路的光学器件的设计和优化。

在光学设计中,通过将光线沿着特定路径的传播进行反向传播,可以确定光学系统中的透镜、反射镜、棱镜等光学器件的位置和参数。

这可以帮助设计师更好地优化光学系统的性能和效率。

其次,光路的可逆性原理在光纤通信中也有重要的应用。

在光纤通信中,光信号在光纤中传输时会发生衰减和失真现象。

通过光路的可逆性原理,可以将衰减和失真的光信号沿着相同的路径反向传播,从而实现对信号的修复和补偿。

这可以提高光纤通信系统的传输质量和可靠性。

此外,光路的可逆性原理还可以应用于光学测量和成像系统中。

在光学测量中,通过控制和调整光路,可以实现对物体位置、形状、尺寸等参数的测量和分析。

在光学成像中,利用光路的可逆性原理,可以实现对物体的成像和重建。

这在医学影像、无损检测、光学显微镜等领域具有重要的应用价值。

此外,光路的可逆性原理还可以应用于光学干涉和衍射实验中。

通过将光线沿着相同路径反向传播,可以实现干涉和衍射的效应。

这可以用于测量物体的形状和表面特征,以及光学器件的特性和性能。

综上所述,光路的可逆性原理是光学中的重要原理之一、基于光路的可逆性原理,可以设计和优化光学器件,改善光纤通信系统的性能,实现光学测量和成像,以及开展光学干涉和衍射实验等。

这在光学技术的发展和应用中具有重要的意义。

光学中光路可逆原理内容为:沿着一定线路传播的一条光线,可以沿原路方向返回通过发光点。 -回复

光学中光路可逆原理内容为:沿着一定线路传播的一条光线,可以沿原路方向返回通过发光点。 -回复

光学中光路可逆原理内容为:沿着一定线路传播的一条光线,可以沿原路方向返回通过发光点。

-回复光学中光路可逆原理是指在一定线路传播的光线可以沿着原路方向返回通过发光点的原理。

这个原理在光学中有着重要的应用,尤其在光学器件的设计和光线传输的过程中。

本文将详细介绍光路可逆原理的概念、理论基础和实际应用。

首先,我们来解释一下光学中光路可逆原理的含义。

它指的是当一个光线从一个发光点出发沿着一定线路传播后,可以在原来的路径上返回到发光点。

这意味着在光学系统中,光线的传播方向可以是双向的,无论是从光源出发到光接收器,还是从光接收器返回到光源,光线都可以按照相同的路径传播。

那么,为什么光路可逆原理在光学中是成立的呢?这可以通过光学的逆变换和对称性来解释。

在传统的物理学中,我们知道在一维空间中的连续函数都可以进行傅里叶变换,而傅里叶变换的逆变换即为逆傅里叶变换。

在光学中,光具有波粒二象性,可以看作是一种电磁波。

因此,光的传播和光的逆变换具有类似的特征。

当光线沿着一定路径传播时,可以将其视为通过逆傅里叶变换来还原光的发射源。

换句话说,光的传播路径可以通过逆变换的方式找回光源。

光路可逆原理的应用广泛存在于光学器件的设计和实际应用中。

例如,在光纤通信系统中,光线需要从光源经过光纤传输到目标接收器,然后再通过接收器传回到光源进行处理。

这个过程中,光的传播路径是可逆的,可以利用光的逆傅里叶变换原理将光信号完全还原。

因此,光纤通信系统可以实现双向的光信号传输,实现数据的双向传输。

另一个应用光路可逆原理的例子是光学器件的设计。

在光学器件中,光的传播路径是经过精心设计的,以实现特定的功能。

通过利用光路可逆原理,可以设计出一些具有特殊功能的光学器件。

例如,光学光纤光栅是一种通过光纤中的反射光线进行光学传输与加工的器件。

光纤光栅可以实现光的频谱分析、光的滤波和光的分光等功能。

这些功能的实现正是基于光路可逆原理,通过将光线反射回光源进行处理,实现对光信号的控制和分析。

光路的可逆性原理及其应用

光路的可逆性原理及其应用

光路的可逆性原理及其应用1. 引言光路的可逆性原理是指在光的传播过程中,光线的传播方向可以在一定条件下逆转的原理。

这个原理在光学领域有着重要的应用,可以实现多种光学器件和系统的设计与优化。

本文将介绍光路的可逆性原理及其应用。

2. 光路的可逆性原理光路的可逆性原理基于光线传播的反向路径与正向路径完全相同的事实。

对于许多传统的光学元件,如透镜、平面镜等,光线传播是可逆的,即当光线从一个方向通过时,可以通过相同的路径返回。

这是因为这些光学元件满足互易定律,即它们的传输函数具有对称性。

互易定律是指若输入和输出的光场分别为f(x,y)和h(x,y),则通过互易定理可以得到输出光场与输入光场的关系$h(x,y) =\\mathrm{FT}[f(x,y)]$,其中FT表示傅里叶变换。

3. 光路可逆性的应用光路的可逆性原理在光学器件和系统的设计中有着广泛的应用,下面将介绍几个常见的应用。

3.1 可逆光学隔离器可逆光学隔离器是一种利用光路的可逆性实现单向光传输的器件。

它通常由一个铁磁性物质和一个偏振分束器组成。

当光从偏振分束器的一个端口进入时,经过铁磁性物质的作用,只能从另一个端口输出,实现了单向传输。

而当光从另一个端口进入时,会被偏振分束器分为两部分,其中一部分经过铁磁性物质后返回原来的端口,实现了光路的可逆性。

3.2 光学存储器光学存储器是一种利用光路的可逆性进行信息存储与读取的器件。

它通常由一片可编程的空气栅和一束可调节光源组成。

当光经过空气栅后,栅的折射率会根据输入的光强度进行调节,从而实现对光的干涉与相位调制,进而实现信息的存储。

当需要读取信息时,可以将相同的光路后向传播,根据干涉与相位的变化来获取存储的信息。

3.3 光学相关计算光学相关计算是一种利用光路的可逆性进行信息处理与计算的方法。

它通常利用可编程光学器件和相干光源进行实现。

首先,将需要计算的信息编码为光的干涉图样,然后通过可编程光学器件将光路逆向传播,利用光的干涉与叠加原理,得到输出的光强分布图样。

光路可逆什么意思

光路可逆什么意思

光路可逆什么意思
光路可逆,意思是光可以从原来光路的终点沿原路反向传回到原来光路的起点。

当光线逆着原来的反射光线(或折射光线)的方向射到媒质界面时,必会逆着原来的入射方向反射(或折射)出去,这种性质叫光路可逆性或光路可逆原理。

在反射现象中,光路是可逆的。

甲、乙2人在同一房间内照镜子,甲在镜中看到了乙的眼睛,乙一定也能看到甲的眼睛。

在光路图中,光线都是带有箭头的,表明光线传播的方向。

例如:在凸透镜成像的光路图中,从焦点发出的光线,经过凸透镜后,平行于主光轴射出。

根据光路的可逆性,若将原来的光路图上的箭头抹除掉,改为与原来的箭头相反方向,改动后的光路也是成立的:即可以说,平行于主光轴入射的光线,经过凸透镜后,必过透镜另一侧的焦点。

前面所说的就是光路的可逆性。

当然了,光路的可逆性不单单是在以上叙述中体现,例如:在光折射、光的反射中也存在光路的可逆性。

光路的可逆性原理的应用

光路的可逆性原理的应用

光路的可逆性原理的应用1. 光路的可逆性原理简介光路的可逆性原理是光学中一个基本的原理,指的是光线在一条路径上传播和反向传播的过程中,所遵循的是相同的物理规律。

这个原理在光学系统的设计和应用中具有重要的意义。

2. 光路可逆性的应用2.1 光纤通信系统光纤通信系统是一种利用光的可逆性原理进行信息传输的技术。

通过将信号转换为光信号并通过光纤传输,可以实现高速、远距离的数据传输。

光纤通信系统的核心是光纤传输媒介,利用光的可逆性原理,光信号可以在光纤中被反射和折射,并被接收端接收到。

2.2 光学逆问题光学逆问题是利用光的可逆性原理解决的,该问题是根据已知的入射光和反射光来推导出介质的光学性质。

这个问题在医学成像、遥感和材料表征等领域都有广泛的应用。

通过测量入射光和反射光的光学参数,可以反推出介质的光学性质,例如折射率、吸收系数等。

2.3 衰减补偿光信号在光纤传输过程中会发生衰减,这是由于光的传播过程中存在能量损耗。

利用光的可逆性原理,可以通过在光纤传输系统中引入放大器来进行补偿。

放大器会将衰减的光信号进行放大,以保持信号的强度。

这种补偿方式在长距离的光纤通信系统中起到了关键作用。

2.4 光学干涉光学干涉是利用光的可逆性原理实现的一种测量和分析技术。

通过将两束光线叠加在一起,可以观察到干涉现象。

根据干涉条纹的变化,可以推断出光的相位差或光的路径差。

这种技术在光学测量、波长测量、薄膜厚度测量等领域有广泛的应用。

3. 结论光路的可逆性原理在光学系统的设计和应用中具有重要的作用。

通过光的传播和反向传播过程中相同的物理规律,可以实现光纤通信、光学逆问题的解决、衰减补偿和光学干涉等应用。

光路的可逆性原理为光学技术的发展和应用提供了基础,并在多个领域发挥重要作用。

初三物理光学综合专题试题答案及解析

初三物理光学综合专题试题答案及解析

初三物理光学综合专题试题答案及解析1.(2分)如图是丰子恺的一幅漫画,画中配诗“临水种桃知有意,一株当作两株看”.其中呈现的光学现象是()A.光的直线传播B.光的反射C.光的折射D.光的色散【答案】B【解析】诗句“临水种桃知有意,一株当作两株看”中的“一株当作两株看”是桃树在水中成像,水中的像和真实的桃树一共两株,是平面镜成像,属于光的反射现象。

正确的选择是B。

【考点】光现象2.生物课上,同学们利用显微镜观察洋葱表皮细胞时,调节反光镜将洋葱表皮细胞照亮,是利用光的________________现象;能够观察到洋葱表皮细胞清晰的像,是利用光的________________现象,洋葱表皮细胞通过物镜成________________像,此像通过目镜又成________________像.(后两空填“虚”或“实”)【答案】反射折射实虚【解析】(1)显微镜视野亮度的调节:光线强时,用小光圈、平面镜调节;光线弱时,用大光圈、凹面镜调节.如果在光线条件较差实验室里使用显微镜,应该使视野变亮,故用大光圈、凹面镜调节;因此调节反光镜将洋葱表皮细胞照亮,是利用光的反射现象;(2)当能够观察到洋葱表皮细胞清晰的像,是利用光的折射现象,洋葱表皮细胞通过物镜成倒立放大的实像,此像通过目镜又成正立放大的虚像.故答案为:反射;折射;实;虚.3.我国经常提到的像:①小孔成像②平面镜成像③放大镜成像④电影屏幕上的像⑤汽车观后镜中的像,其中A.属于实像的是①②③B.属于虚像的是②③④C.由于反射而成的像是②⑤D.由于折射而成的像是①③④【答案】 C【解析】①小孔成像是由光的直线传播形成的实像.②平面镜成像是由光的反射形成的虚像.③放大镜成像属于凸透镜成像,是由光的折射形成的虚像.④电影银幕上的像,属于凸透镜成像,是由光的折射形成的实像.⑤汽车观后镜中的像,观后镜是凸面镜,所以它成的像是由光的反射形成的虚像.其中,属于实像的是①④;属于虚像的是②③⑤;由于反射而成的像是②⑤;由于折射而成的像是③④.故选C.4.下列各种现象中, 由于光的直线传播形成的是()【答案】C【解析】光的传播主要有三种:光在均匀介质中的直线传播、光在遇到障碍物时会被反射、光会进入透明介质的折射。

光路的可逆性ppt

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光路的可逆性
xx年xx月xx日
目 录
• 引言 • 光路的可逆性的基础理论 • 光路的可逆性的实验方法 • 光路的可逆性的应用案例 • 光路的可逆性的未来展望 • 光路的可逆性的复习问题
01
引言
光的物理学定义
光的粒子性
光是一种由粒子组成的粒子流。
光的波动性
光是一种电磁波,具有波粒二象性。
光路的可逆性基本概念
光路的可逆性
当光在介质中传播时,如果将光源和观察者互换位置,光仍然可以按照原来的路 径传播。
光路的可逆性的成立条件
只有在均匀、各向同性的介质中,光路才具有可逆性。
光路的可逆性的应性可以用于调整光学仪器的位置和 方向,从而提高仪器的精度和灵敏度。
光学信息处理
光路的可逆性可以用于光学信息处理,如光路 变换、光束整形等。
THANKS
谢谢您的观看
为光的反射。
光的干涉现象
干涉现象的定义
两束或多束光波在空间叠加时 ,会产生明暗交替的干涉条纹 ,这种现象称为光的干涉。
干涉现象的原理
光的干涉是由于不同光波的相 位差引起的。当两束光波的相 位差是整数倍的波长时,产生 明条纹;相位差是奇数倍的半
波长时,产生暗条纹。
干涉现象的应用
干涉现象在光学测量、光学通 信等领域有着广泛的应用。
将光路的可逆性应用于生物医学领域,可以 实现高精度和高灵敏度的生物医学检测和诊 断,为医疗保健提供更好的服务。
利用光路的可逆性实现太阳能电池的优化和 高效利用,可以提高太阳能利用率和降低成 本。
06
光路的可逆性的复习问题
基础理论复习题
光的折射定律和全反射原理的掌握程度 光学元件的使用方法和注意事项
光学多普勒测速仪的应用

生活中反射现象光路可逆现象

生活中反射现象光路可逆现象

生活中反射现象光路可逆现象光路可逆现象是指光线在经过反射后,可以按照相同的路径原路返回。

这一现象在生活中随处可见,例如我们在镜子前看到自己的倒影、在水面上看到反射的景象等等。

本文将从光的反射原理、反射现象的应用以及反射现象的意义等方面来探讨光路可逆现象。

要了解光路可逆现象,我们需要了解光的反射原理。

光的反射是指光线遇到界面时,一部分光线被界面反射回去,一部分光线穿过界面继续传播。

反射的角度和入射的角度相等,这就是所谓的反射定律。

光在反射过程中保持着入射角和反射角相等的关系,这就是光路可逆现象的基础。

光路可逆现象在生活中有广泛的应用。

一个常见的应用就是镜子。

当光线照射到镜子上时,光线会发生反射,形成一个与入射光线相等但方向相反的光线。

这个反射光线经过我们的眼睛,就会让我们看到镜子里的景象,也就是我们常说的倒影。

镜子的反射作用使得我们能够看到自己的形象,给我们提供了很多方便。

另一个应用是汽车后视镜。

汽车后视镜是凸面镜,它能够使得车辆后方的景象显得更加广阔。

这是因为凸面镜的反射作用可以使光线发生发散,从而扩大了视野。

这种设计使得驾驶员能够更好地观察到车后方的情况,提高了行车的安全性。

除了实际应用外,光路可逆现象还有着深刻的意义。

首先,它体现了光的传播具有可逆性。

光线在传播过程中,既可以从光源向外传播,也可以从外部向光源传播。

这种可逆性使得光能够在各种场景下发挥作用,为我们带来了诸多便利。

光路可逆现象也反映了物质界面对光线的交互作用。

物质的不同特性会对光线的传播产生不同的影响,从而产生了反射现象。

通过研究这些反射现象,我们可以深入了解物质的光学性质,为材料科学的发展提供理论依据。

光路可逆现象是光学领域的重要现象之一。

它通过反射现象的应用以及对光的传播特性的研究,为我们的生活带来了很多便利,并且为光学科学的发展提供了重要的理论基础。

我们可以通过观察和研究光路可逆现象,更好地理解光的传播规律,为科学研究和技术创新提供支持。

关于略谈光路可逆性教学

关于略谈光路可逆性教学

关于略谈光路可逆性教学光路可逆性是光学中一个很重要的概念,它指的是光线在沿着反方向传播时,其路径和前向传播时完全一致的现象。

在光学实验中,光路可逆性是非常有用的,可以帮助我们预测和解释一些光学现象和现象性质。

因此,在光学教学中,我们需要重点介绍光路可逆性的概念、原理和应用。

首先,我们应该从基本定义出发,介绍什么是光路可逆性。

光路可逆性指的是,光线在沿着反方向传播时,其路径和前向传播时完全一致的现象。

简单来说,就是一个光束沿着一个方向传播,然后反向通过相同的路径传播时,仍然会沿着同样的路径传播,这种现象就是光路可逆性。

接下来,我们需要详细介绍光路可逆性的基本原理。

光路可逆性的基本原理是,光线的传播方向和其路径无关,只与光线进入和离开物体的位置有关。

换句话说,如果在一个光路中,一个入射光线从一个指定的位置进入物体,那么不论它沿着这个路径正向传播还是反向传播,它在离开物体时的位置必须是完全相同的。

因此,我们可以说光路可逆性是基于光的干涉理论和光的直线传播假设的。

最后,我们需要介绍光路可逆性的应用。

光路可逆性在光学中有很多应用,其中最常见的应用就是在光学实验中。

例如,干涉仪、计分镜等光学仪器中的反射和透射都是基于光路可逆性的。

光路可逆性也被用于解释光学薄膜和光学介质中的干涉现象,并在光学设计中使用。

总之,光路可逆性在光学中是一个非常重要的概念,无论是在光学实验还是在光学设计中都有着广泛的应用。

因此,我们在光学教学中应该充分介绍光路可逆性的概念、原理和应用,以便我们更好地理解光学的基础知识和原理。

光路可逆性

光路可逆性

光路可逆性不可小视光路可逆性是光学的一个重要原理,它不仅可以使我们加深对某些光学知识的理解(比如,从凸透镜焦点射出的光线经凸透镜折射后是平行于主光轴的;反之,平行于凸透镜主光轴的光线经折射后必会聚于焦点),并且它在处理光学问题时有着独特的作用,下面列举的几例可充分地说明这一点。

例1(1998年,全国竞赛题)甲、乙两人在照同一个镜子时,甲在镜中看到了乙的眼睛。

以下说法中正确的是A. 乙一定能看到甲的眼睛B. 乙只能看到甲的眼睛C. 乙不可能看到甲的眼睛D. 乙不可能看到甲的全身解析:甲在镜中看到了乙的眼睛,说明从乙的眼睛出发的部分光线经平面镜反射后进入了甲的眼睛。

根据光路的可逆性可以判定,从甲的眼睛出发的部分光线经平面镜反射后一定也进入乙的眼睛。

所以乙也一定能从平面镜中看到甲的眼睛,选A。

例2(2002年,安徽省中考题)如图1所示,光线从空气斜射入某种液体中,被水平放置在液体底部的平面镜反射,最后返回到空气中。

请在图中画出这时的反射光线和在水面处的折射光线。

解析:对于光线OO1所对应的反射光线O1O2,利用光的反射定律不难作出,并且容易得知光线O1O2入射到水面上的入射角为30°。

那图1 图2么,此光线折射到空气中时,折射角为多大呢?这是许多同学颇感困惑之处。

其实若想到光路可逆原理,折射角的大小便可“呼之即出”。

假如光从水中沿O1O 路径入射到水面,则其所对应的折射光线必将沿OA的路径。

即,当入射角为30°时,所对应的折射角为45°。

进而作图如图2所示。

例3(2002年,盐城市中考题)站在岸上的人看到平静的水面下有一静止的物体,如图3,如果他想用一束强光照亮物体,则应瞄准A. 看到的物体B. 看到的物体的下方C. 看到的物体的上方D. 看到的物体的前方图3解析:这是一道极易解错的题目。

其实在明确“看到的水下物体”实际上是真实物体的虚像基础上,运用光路可逆原理来分析,正确选项的得出易如反掌。

略谈“光路可逆性”教学

略谈“光路可逆性”教学

略谈“光路可逆性”教学“光路可逆性”是几何光学中的一个重要原理。

它在控制光路、作图、研究成像等问题都有独特作用。

从思维角度看,应用“光路可逆性”解题是一种逆向思维的训练和养成过程。

在教学中我认为有必要作适当补充,拓宽学生的视野。

现就它包含的物理意义及应用作简单阐述,仅供参考。

1.“光路可逆性”包含的物理意义(1)“光路”即光的传播路径,“光路可逆”是指光逆向传播时路径不变。

可见“光路可逆”是对光线而言的。

(2)“光路可逆”包含两层含义:一是“光反射时光路是可逆的”;二是“光折射时光路是可逆的”。

(3)当光在界面上发生反射时,如果光线逆着原来的反射光线的方向入射时,反射光线就要逆着原来入射光线的方向反射出去。

这就是说“光反射时光路是可逆的”。

当光在界面发生折射时,如果光线逆着原来的折射光线的方向入射时,折射光线就要逆着原来的入射光线的方向折射出去。

这就是说“光折射时光路是可逆的”。

2.“光路可逆性”应用举例(1)利用“光折射时光路是可逆的”便于理解教材中活动的结论:“光从空气斜射入水(或玻璃)时,折射光线偏向法线方向,即折射角小于入射角;当光从水(或玻璃)斜射入空气时,折射光线偏离法线方向,即折射角大于入射角。

”(2)利用“光路可逆性”原理便于理解球面镜和透镜对光线的作用,在一个图上改变箭头方向可转化为两个图,使问题简单化。

如凸透镜对光线的作用,由图1可变为图2。

图1 图2(3)利用“光反射时光路是可逆的”可快速确定观察范围。

如图3地面AB正上方有一平行于地面放置的平面镜M,地面上竖直放一挡光板,人眼在O处观察,你通过平面镜能观察到挡板左侧地面上哪一部分?试作图表示。

图3分析与解人眼能看到地面的一部分是由于这部分反射的光经平面镜反射后刚好进入人眼。

由于光反射时光路是可逆的,可把人眼当作发光点处理,这样原命题可变为发光点发出的光经平面镜M反射后能照亮挡板左侧地面上的哪一部分。

经这样处理问题简单了,如图在O处能观察地面的CD部分。

光路可逆的原理

光路可逆的原理

光路可逆的原理嘿,你有没有想过这样一个超级神奇的事儿?光啊,它走的路居然是可逆的。

这就好比你从家去学校走了一条路,然后你还能沿着这条路原封不动地从学校走回家。

光的这个特性啊,可真是让人惊叹不已。

我记得我第一次接触到光路可逆这个概念的时候,是在物理课上。

当时老师就像在讲一个神秘的魔法一样。

老师说:“同学们,光就像是一个超级守规矩的小使者,它在传播的时候,不管是从A点到B点,还是从B 点到A点,都遵循着一种奇妙的规律。

”我当时就想,这光怎么这么特别呢?我同桌就一脸好奇地问老师:“老师,这光怎么就能可逆呢?它又没有什么导航。

”老师笑着说:“这就是光的独特之处啊。

”那光路可逆到底是怎么回事呢?咱得先从光的传播说起。

光啊,它在均匀介质里是沿直线传播的。

你看啊,就像你在一条笔直的大道上跑步一样,光在均匀的空气或者玻璃、水中,就是这么直直地跑着。

当光从一种介质进入另一种介质的时候,会发生折射现象。

这折射就像是光在不同的赛道之间转换时调整了一下自己的方向。

比如说,光从空气进入水中的时候,它的方向就会发生改变。

但是呢,要是这个时候有一束光沿着折射后的光的反方向射过来,它就会沿着原来入射光的路径回去。

这就好像是你在两条路的交叉点转了个弯,要是有人从转弯后的路反向走来,也会在这个点转回去原来的路。

我和我物理小组的小伙伴们还做过一个特别有趣的实验来验证光路可逆。

我们在一个玻璃水槽里装了水,然后用激光笔从空气朝着水里射一束光。

我们看到光在水面处发生了折射,就像一个小机灵鬼突然拐了个弯。

然后我们又从折射光线的反方向,在水里朝着水面射另一束光。

哇塞,你猜怎么着?这束光就沿着原来入射光在空气中的路径射出了水面。

当时我们小组的成员都兴奋得不得了。

有个小伙伴激动地喊道:“这简直太酷了,就像时光倒流一样。

”另一个小伙伴就打趣说:“光是不是有记忆啊,还能找到回去的路。

”从原理上讲,光路可逆其实是和光的反射定律、折射定律紧密相关的。

光的反射定律说,反射光线与入射光线、法线处在同一平面内,反射光线与入射光线分别位于法线的两侧,反射角等于入射角。

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光路可逆性不可小视
天津市宝坻区教研室戴军
关于光路可逆性,教材仅指出:“光反射时光路是可逆的”、“光折射时光路也是可逆的”,并没有详细的分析和定量的应用例举,以至同学们往往误认为光路可逆性无关紧要。

实际上光路可逆性是光学的一个重要原理,它不仅可以使我们加深对某些光学知识的理解(比如,从凸透镜焦点射出的光线经凸透镜折射后是平行于主光轴的;反之,平行于凸透镜主光轴的光线经折射后必会聚于焦点),并且它在处理光学问题时有着独特的作用,下面列举的几例可充分地说明这一点。

例1(1998年,全国竞赛题)甲、乙两人在照同一个镜子时,甲在镜中看到了乙的眼睛。

以下说法中正确的是()
A.乙一定能看到甲的眼睛
B.乙只能看到甲的眼睛
C.乙不可能看到甲的眼睛
D.乙不可能看到甲的全身
解析:甲在镜中看到了乙的眼睛,说明从乙的眼睛出发的部分光线经平面镜反射后进入了甲的眼睛。

根据光路的可逆性可以判定,从甲的眼睛出发的部分光线经平面镜反射后一定也进入乙的眼睛。

所以乙也一定能从平面镜中看到甲的眼睛,选A。

例2(2002年,安徽省中考题)如图1所示,光线从空气斜射入某种液体中,被水平放置在液体底部的平面镜反射,最后返回到空气中。

请在图中画出这时的反射光线和在水面处的折射光线。

解析:对于光线OO1所对应的反射光线O1O2,利用光的反射定律不难作出,并且容易得知光线O1O2入射到水面上的入射角为30°。

那么,此光线折射到空气中时,折射角为多大呢?这是许多同学颇感困惑之处。

其实若想到光路可逆原理,折射角的大小便可“呼之即出”。

假如光从水中沿O1O路径入射到水面,则其所对应的折射光线必将沿OA的路径。

即,当入射角为30°时,所对应的折射角为45°。

进而作图如图2所示。

例3(2002年,盐城市中考题)站在岸上的人看到平静的水面下有一静止的物体,如图3,如果他想用一束强光照亮物体,则应瞄准()
A.看到的物体
B.看到的物体的下方
C.看到的物体的上方
D.看到的物体的前方
解析:这是一道极易解错的题目。

其实在明确“看到的水下物体”实际上是真实物体的虚像基础上,运用光路可逆原理来分析,正确选项的得出易如反掌。

取图3中下面的那条入射光线和其相应的折射光线来研究。

由光路可逆原理可知,若激光沿原来的折射光线路径反方向入射,则其对应的折射光线必沿原来的入射光线路径的反方向传播,从而照亮物体,所以选A。

例4(2003年,宁波市中考题)烛焰通过凸透镜恰好在光屏上得到一个倒立放大的像,若保持凸透镜位置不变,把烛焰和光屏的位置对调一下,则()
A.光屏上仍能得到一个倒立放大的像
B.光屏上得到一个倒立缩小的像
C.透过透镜可观察到一个正立放大的像
D.光屏上没有像,需调节光屏位置才能成像
解析:由凸透镜成像规律我们知道,当烛焰通过凸透镜恰好在光屏上得到一个倒立放大的像时,物距是大于一倍焦距小于2倍焦距,像距是大于2倍焦距。

若保持凸透镜位置不变,把烛焰和光屏的位置对调,则物距将变为大于2倍焦距,可以在大于一倍焦距小于2倍焦距范围内的某处成一个倒立缩小的像。

但这时的像是否一定能成在此时光屏所处的位置上呢?
在实验中我们发现,若烛焰垂直于凸透镜的主光轴放置,则它所成的像也必是垂直于主光轴的。

为了便于研究,我们仅取烛焰上恰好过透镜主光轴上的一点A来研究,如图4所示。

我们知道,烛焰上A点所成的像,是由从A点发出的光经凸透镜折射后相交而成的,由于沿主光轴传播的光线不改变方向,所以可以肯定,图中主光轴上的点A` 必是A点所对应的像点。

如果把烛焰和光屏的位置对调,即把A点换放到A`点的位置,那么由光路可逆原理可知,这时处于A`点位置的烛焰上发出的光必会沿图中光路的反方向传播,并在图中的A点处成相应的像点。

由此可见,保持凸透镜位置不变,把烛焰和光屏的位置对调一下,相应的物距与像距也是互换的,因此应选A。

总之,在处理光路问题时,光路可逆原理常常可以在关键时刻大显身手,它的作用应该引起我们足够的重视。

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