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学会建模 轻松学光学

2016-12-24韦卫

关键词:河底石子小马

韦卫

同学们都知道小马过河的故事。图1甲是小马过河的图片。小马斜着看清澈的河底。看到的河底位置比实际位置要浅。这是为什么呢?

以斜着看河底的小石子为例。如图1乙所示。石子反射的光线从水中斜射入空气中时,在水面上发生折射,折射角大于入射角。折射光线远离法线。向水面偏折。人看到的石子在折射光线的反向延长线上。是石子由于光的折射形成的虚像。像在实际石子的上方。因此人看到的石子位置比实际位置浅。图1乙是用光线表示光的传播方向。这种方法在物理上称作理想模型法。这种研究方法在初中物理光学中有着广泛的应用。

实际中的事物都是错综复杂的。在用物理规律对实际事物进行研究时。常需要对实际问题进行简化处理。舍去原型中的一些次要的条件、非本质的因素,突出主要因素。对实际问题进行简化和理想化处理。从而方便对物理本质的研究。这种研究方法称为理想模型法。

运用理想模型法的目的是摒弃次要条件,抓住主要因素,把复杂问题简单化。使研究对象所具有的特征理想化。使抽象的理论形象化。便于人们掌握研究对象在某些方面表现出的本质特征或运动规律。

如,实际的光源都不是点。它们有大小和具体的形状。人们为了研究问题的方便。忽略了光源的大小和形状,把光源看成一个点。即点光源:光在同种均匀介质中是沿直线传播的,而实际中,各处的空气是不均匀的。越往上空气越稀薄。但在研究光传播时。通常认为光在空气中是沿直线传播的。这些都用到了理想模型法。

在研究光的直线传播时。实际光线是不存在的,而是一束光束,为了便于描述它。我们沿光的传播路径画一条直线。并在直线上画上箭头表示光的传播方向。采用的就是理想模型法。如图2甲所示。是一束光从空气斜射入水中时的情景。可以用图2乙所示的光线来表示。

责任编辑 程哲

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