略谈“光路可逆性”教学

        “光路可逆性”是几何光学中的一个重要原理。它在控制光路、作图、研究成像等问题都有独特作用。从思维角度看，应用“光路可逆性”解题是一种逆向思维的训练和养成过程。在教学中我认为有必要作适当补充，拓宽学生的视野。现就它包含的物理意义及应用作简单阐述，仅供参考。
        1.“光路可逆性”包含的物理意义
        （1）“光路”即光的传播路径，“光路可逆”是指光逆向传播时路径不变。可见“光路可逆”是对光线而言的。
        （2）“光路可逆”包含两层含义：一是“光反射时光路是可逆的”；二是“光折射时光路是可逆的”。
        （3）当光在界面上发生反射时，如果光线逆着原来的反射光线的方向入射时，反射光线就要逆着原来入射光线的方向反射出去。这就是说“光反射时光路是可逆的”。
        当光在界面发生折射时，如果光线逆着原来的折射光线的方向入射时，折射光线就要逆着原来的入射光线的方向折射出去。这就是说“光折射时光路是可逆的”。
        2.“光路可逆性”应用举例
        （1）利用“光折射时光路是可逆的”便于理解教材中活动的结论：“光从空气斜射入水（或玻璃）时，折射光线偏向法线方向，即折射角小于入射角；当光从水（或玻璃）斜射入空气时，折射光线偏离法线方向，即折射角大于入射角。”
        （2）利用“光路可逆性”原理便于理解球面镜和透镜对光线的作用，在一个图上改变箭头方向可转化为两个图，使问题简单化。如凸透镜对光线的作用，由图1可变为图2。
         
        图1                  图2     
        （3）利用“光反射时光路是可逆的”可快速确定观察范围。如图3地面AB正上方有一平行于地面放置的平面镜M，地面上竖直放一挡光板，人眼在O处观察，你通过平面镜能观察到挡板左侧地面上哪一部分？试作图表示。 
         
        图3 
        分析与解   人眼能看到地面的一部分是由于这部分反射的光经平面镜反射后刚好进入人眼。由于光反射时光路是可逆的，可把人眼当作发光点处理，这样原命题可变为发光点发出的光经平面镜M反射后能照亮挡板左侧地面上的哪一部分。经这样处理问题简单了，如图在O处能观察地面的CD部分。
        “光路可逆性”在初中光学中应用得当可使问题简单化，到高中也有重要作用。如水中的鱼观察空气中的景物和水中的点光源能照亮水面外空气的范围都在顶角是97度的倒立圆锥里。这是光折射时光路可逆的应用。
        总之，由以上探讨可以看出“光路可逆性”教学，不可忽略，应贯穿在整个几何光学中。在教学中应遵循循序渐进的原则，不断渗透到教学和习题训练中，同时培养学生的逆向思维。