序言:好多大賽的朋友都學過若兩平面鏡傾角為,當n=360/θ=質數時,無論據光源是否在角平分線上,必有一個像重合。所以所能見到的像為n-1個。這么此文,教你們解決不能整除的,或則結果為質數的平面鏡成像個數問題。
在學習互成角度的平面鏡成像個數之前,我們首先學習,成一定傾角的入射光線可以在互成角度平面鏡中,反射幾次。
一:一條入射光線在互成角度的平面鏡中反射的次數
兩平面鏡互成60度傾角,入射光線與其中一平面鏡成20度、40度、30度傾角,依據朋友們所學的光的反射定理,我們應當可以畫出每一個的光路圖。
如第一個圖,我們容易得到,光線與其中一平面鏡成20o傾角入射(設為a平面鏡),經過一次反射后,與另一平面鏡(設為b平面鏡)成20o+60o=80o再經過一次反射,與a平面鏡的傾角為20o+60o×2=140o,我們發覺這條與a平面鏡成140o的光線,該角度大于180o,能夠再反射一次。
第二個圖,同理可得第一次反射后,與平面鏡成40o+60o=100o
第二次反射后平面鏡成像規律圖5種,與平面鏡成40o+60o×2=160o,該角度大于180o,所以能夠再反射一次。
第三個圖,經過一次反射,與另一平面鏡成90o,我們發覺該光線沿原路返回。
所以我們最終可以得出推論,設入射光線與其中一平面鏡成α角,兩平面鏡成β角,
經過第一次反射后,光線與另一平面鏡傾角為α+β
經過第二次反射后,光線與另一平面鏡傾角為α+2β
經過第三次反射后,光線與另一平面鏡傾角為α+3β
經過第n次反射后,光線與另一平面鏡傾角為α+nβ
當α+nβ=90o時,光線將沿原路返回(如畫的圖3)
當α+nβ≥180o時,不會繼續反射
當α+(n-1)β≤180o時,會繼續反射
練習1(2009深圳中學應用數學知識大賽)如圖所示,平面鏡OM與ON傾角為θ,一條平行于平面鏡ON的光線經過兩個平面鏡的多次反射后平面鏡成像規律圖5種,才能順著原先的光路返回。則兩平面鏡之間的傾角不可能是()
A.20°B.15°C.10°D.5°
練習2如圖所示,平面鏡OM與ON鏡面之間傾角為α,在兩平面鏡角平分線上有一個點光源S,假如要保證S發出的任意一條光線最多只能形成四次反射,則α的最小值是()
A.30?B.40?C.50?D.60?
二:平面鏡成像個數問題
我們可以借助以上的知識來解決互成角度的平面鏡成像個數的問題,由于光線每經過一次反射,會產生一個實像。
我們通過以上所學的知識點來解決以下的問題。
例1.如圖所示,兩平面鏡傾角為60?,0P為角平分線,某人站在P點,則平面鏡M內此人所成的像的個數是()
A.2個B.3個C.5個D.6個
點光源在p,點光源發出無數條光線,將光線不斷向O點緊靠的過程中,如圖,∠OPD將越來越小,假定∠OPD=0.01度,這么∠PDN=30.01度,我們用極限的思維想,假如有一個∠OPD=0.度,這么∠PDN=30.,假如這個小數點后的0足夠多,這么∠PDN就趨近于30度。用之前的方式這條光線,可以反射的次數(設為n)
30+n×60≥180o
n≥(180-30)/60(文章頂部推論,由此推出)
n≥2.5,所以n取3向下取(假如n≥3.0001,n取4,不四舍五入取3)
同理與另一平面鏡,也最小成近30度傾角入射,同理可得n≥2.5,n取3
并且最后一個像會重合,緣由是,如圖,入射光線PD經過三次反射后,,由于第三次反射是通過ON反射,所以與另一平面鏡OM成30+60×3=210度傾角(順秒針).(見圖3第一次通過平面鏡ON反射,成的像為a’,第二次通過OM反射,成的像為a’’第三次還是通過ON反射成的像為a’’’)
而入射光線PF經過三次反射后,與ON成210度傾角(逆秒針)。(第一次為a1,第二次為a2,第三次為a3)
a3和a’’’重疊。
停止反射的緣由:成像在兩個平面鏡的背后即停止反射
圖3水平放置的平面鏡為ON,橫著放置的為OM
同樣的,經過實驗和驗證,得出:
推論1若兩平面鏡傾角為θ,當n=360/θ=質數時,無論據光源是否在角平分線上,必有一個像重合。所以所能見到的像為n-1個
推論2n=360/θ=質數或不能整除時,光線與其中一平面鏡成α角,與另一平面鏡傾角為β角,兩平面鏡傾角為θ,(θ=α+β)所以n(成像個數)n=(180-α)/θ+(180-β)/θ
(其中一側括弧和右側括弧各向上取整,如(2.001)=3(4.5)=5
應用1.(北京市第27屆陽泉杯復賽)如圖所示,兩個平面鏡之間的傾角為75o,在兩鏡面傾角的角平分線上有一個點光源S.它在兩平面鏡中所成的象個數為()
A.6B.5C.4D.3
應用2.兩平面鏡θ=70度,若物體與一平面鏡成20o,與另一平面鏡成50o,物體所成像個數為
應用3.兩平面鏡θ=70度,若物體與一平面鏡成33o,與另一平面鏡成37o,物體所成像個數為
小編點評:作為一個初進軍科學大賽的年青老師來說,能在教學中發覺一些科學大賽中的共性問題,并且能寫成文章,總結出規律,解決了一類光學大賽中的困局,十分難得。其實文采略顯青澀,但能從某些的反例推廣成通常規律,切合科學大賽老師訓練中學生解題思維的過程和模式,再過三到七年,年青人成長可期。此文對大賽老師,也很有參考價值,對初三優秀生解相關光學大賽題十分實用。