聚焦光的直線傳播、反射與折射

馬磊

幾何光學計算題的本質是光的直線傳播、反射、折射與幾何圖形的綜合。求解此類問題需要先確定光在傳播過程中可能發生的反射、折射、全反射等物理現象，準確作出光路圖，找準入射角、折射角、臨界角等，再充分考慮三角形、圓等幾何圖形中的邊角關系、三角函數關系等幾何關系，最后列式求解。下面歸類剖析，供同學們參考。

一、光的直線傳播

光的直線傳播是指光在均勻介質中沿直線傳播，它是幾何光學的重要基礎。人眼確定物體或像的位置、我們的祖先制造的圭表和日晷、我國發明的皮影戲等都是利用了光的直線傳播的性質。

例1 如圖1 所示，PO 為一堵高墻，MN 為高h=0.8 m 的矮墻，S 為一點光源。兩道墻間的距離l1 =1 m，光源S 到矮墻MN 的距離l2=3 m。將光源S 從地面以初速度v0=10 m/s豎直向上拋出，取重力加速度g=10 m/s2，求在光源S 落回地面之前，矮墻MN 在高墻PO 上的影子消失的時間。

分析：本題是光的直線傳播與豎直上拋運動的綜合。當光源S 上升到一定高度時，矮墻MN 在高墻PO 上的影子就會消失，尋找影子剛好消失的臨界狀態是求解本題的關鍵。

解：如圖2所示，連接SM 并延長，交高墻PO 于M'點。