几何光学中的运动学模型

发布时间:2022-03-18 09:46:10   来源:作文大全    点击:   
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例题:如图1,S为一点光源,M为一平面镜,光屏与平面镜平行放置,SO是一条垂直照射在M上的光线,已知SO=L,若M以角速度ω绕点O逆时针匀速转动,则转过30°角时光点S′在屏上移动的瞬时速率υ=______.

研析:如图1所示,光点沿光屏向下移动的速度为υ,将其分解为υ1(绕O点的旋转速度)和υ2(远离O点的速度),由反射定律可知:在相同的时间内,平面镜旋转30°,反射光线将偏转60°.则光点绕O点的旋转角速度ω′=2ω.

由几何知识可得:此时光点距O点的距离为2L,则:绕O点的旋转速度υ1=2ω·2L=4ωL.

光点沿光屏向下移动的速度为υ==8ωL.

【技巧点拨】该题所给的模型可分解为两个基本模型:

模型一:如图2,将平面镜绕镜上某点转过一微小角度θ,法线也随之转过θ角,即由位置1转到位置2,导致入射角增大θ,由反射定律可知,反射角也增大θ,即反射光线偏转2θ角.

模型二:运动的合成与分解。如图3,已知绳的速度为υ,此时绳与水面的夹角为θ,求船的速度υ′.

船的运动可以分解为两个分运动:绕O点的旋转速度υ2′ 和靠近O点的速度υ1′,υ1′=υ.

由几何关系可得:υ′=υ1′/cosθ=υ/cosθ.

(作者单位 甘肃省民勤县第四中学)