学物理竞赛的你知道偶镜吗?

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物理竞赛

上面这个装饰各位学物理竞赛的同学你们知道吗?今天就来跟各位学物理竞赛的同学们介绍一些关于偶镜的知识。

取两面长方形的小镜子,用胶布从镜子的背后把它们粘好,像一本书一样能自由的开合。粘的时候要注意,两面镜子中间留一点缝隙。这种镜子叫偶镜。

如图1,把两面镜子立在桌子上,让它们像两堵墙一样相互垂直(可以利用一本书来帮助你做到这一点,因为书角都是直角。把一本书的书角对准偶镜的连结处,让两面小镜子紧靠书边,再小心地把书拿开。这样两面镜子就互相垂直了)。

物理竞赛图1

取一张报纸或一个闹钟放在偶镜前,观察镜中的字。你会发现,镜中的字变成正写的了。

现在,用偶镜来照一下你自己。你会看到,两面镜子各照出你半个面孔,偶镜的中线恰好在整个脸庞的中间,再用右手摸一下右耳(如图2所示)。啊!真奇怪,在镜子里你竟看到自己正在摸左耳呢!

0图2

为什么从偶镜中看到的像不是相反的,而是和实物一样的呢?原来你从偶镜中看到的像是经过两面镜子先后反射所形成的。每面镜子都把像颠倒一次,经过两次反射,像也就颠倒两次,变得和原来一样了。

在用偶镜照自己的时候,你可能感到不顺眼。其实你过去使用一面镜子的时候,在镜中看到的并不是自己的真正模样,而是一个和自己左右相反的像。你不妨想象一下,你自己站在镜子中像的位置上,转过脸来看自己的情况,不正和你在偶镜中看到的一样吗!

利用偶镜还可以再做一个小实验(如图3所示)。把一个玩具小人放在两面镜子的中间。然后朝镜子里望去,你保准可以看到很多小人围成一圈站着,就像图中画的一样。改变镜子间的夹角,镜子中的人数也随着变化。

物理竞赛图3

这是由于从玩具射出的光线在两面镜子中间发生多次反射,每反射一次就会使你看到一个虚像。镜子之间的夹角越小,光在镜子之间的反射次数就越多,形成的虚像也就越多。玩具万花筒就是根据这个原理制成的。

在服装店的试衣室中,镜子往往摆成像上图的情况。这样可以让顾客从各种角度看清衣服的式样。

科学研究要求精确地测量人造卫星、月亮和地球之间的距离,偶镜可以帮助我们做到这一点。

月亮距离我们有多远呢?历史上较早测定月地距离的工作是在一七五二年完成的。十九岁的拉朗德和他的老师,一个在欧洲的柏林,一个在非洲的好望角,利用三角学的方法首次测量了月地之间的距离。他们测出月亮和地球之间的距离相当于六十个地球半径。这种方法又麻烦又不准确。

一九六二年,美国马萨诸塞工学院的一个研究组,首次用激光测量了月地之间的距离。他们测出了激光在月地之间走一个来回的时间是2.6秒,根据光的传播速度就算出了月地间的距离。这多简单啊!可是也有困难。

激光器发出的激光亮度很高,光束也非常平行,但传播的距离远了,就要散开一些。由于月亮距离我们很远,激光到达月球表面的时候,已经散落在一个直径为几公里的范围内,光线由于发散而变得微弱,再加上月球表面凹凸不平对光线发生漫反射,因此返回到地面接收器的光线就非常微弱了。

能不能在月球上放一面镜子来增加光的反射呢?从反射定律知道,只有当光线的入射方向垂直于镜面的时候,光线才能沿原路返回。稍有偏差,光线就会反射到另一个方向上去,使得接收器再也收不到返回的光线。因此在月球上放一面单独的镜子是不行的。

如果能做这样一种反射器,不管反射器的位置如何,无论光线从什么角度入射,反射光都能沿原路返回,那就好啦!利用交角为90°的偶镜可以达到这个要求。下面,我们通过实验来观察一下。

如图4,把一个夹角为90°的偶镜直立在柜子上,让镜子的中间部分距地面的高度和你的眼睛距地面的高度相同。取一个手电筒,把它靠在你头部的一侧,让它和眼睛在同一水平线上。打开手电筒,让光线水平地入射到偶镜中,你会从偶镜中看到炫目的反射光线。不管你站在什么方向,只要保证光线沿水平入射,那么反射光线总是沿着原来的方向返回。

物理竞赛图4

你也许发现,如果光线不沿水平入射,反射光也就不沿原路返回,而射向另外一个方向,这种情况怎么办呢?这并不难办,只要把三面相互垂直的镜面装在一起,就像一个箱子的一角一样,问题就解决了。我们称这种装置叫“角反射器”。三面镜子组成的角反射器有三条公共的棱边,相当于三个偶镜,因此光线无论从什么角度射到它上面,都会沿着原方向反射回来。

现在,在月球上和许多人造卫星上都装有角反射器(真正的角反射器是用直角棱镜制成的,如图5,6,它的原理和上面讲的一样)。角反射器和激光配合起来就可以精确地测量它们和地球之间的距离,误差很小。这对于认识地球的形状,测量地球板块的运动及地面的微小位移有很大作用,也可以为预报地震提供可靠的资料。

物理竞赛图5

物理竞赛图6

自行车尾部常常装有一个红色塑料制成的反光镜,它的作用是:当汽车的前灯照在它上面的时候,就能把光按原来方向反射回去,以便引起司机的注意。它的原理和角反射器一样。如果拆开来看,就会看到这个红色塑料片上有很多突起的部分,每个突起的部分都是一个角反射器。

有没有觉得又学到了好多呢?在学习物理竞赛之余,也要多了生活中的物理常识哦。

文章来源于物理小识

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