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利用几何画板巧妙迭代激光在肥皂泡中的光路

 豫见物理 2021-09-23

应网友们的要求,今天推送一则几何画板迭代案例,以激光在肥皂泡内的传播为例,介绍一下迭代的用法。

在几何画板中的“图表”菜单中调出坐标系,隐藏网格;以原点O为圆心,以任一点A和B分别创建两个同心圆,用来模拟肥皂泡的内外表面。

在两个圆上创建线段C、D,用于表示任一条入射光线;用线段连接OD,用于表示过D点的法线;以OD为镜面,创建C点的反射点C',并用线段连接D、C',用于表示反射光路;用线段连接OC',用于表示过C'点的法线;再以OC'为镜面,创建D点的反射点D',用于表示DC'的反射光线的入射点。

度量入射角CDO,并设置其标签为i;创建变量n=4/3,用于表示水的折射率;在“度量”菜单中调出“计算器”,计算出入射光线CD在D点的折射光线与法线的夹角;然后以点D为旋转中心,将O点按照前述夹角旋转至O'点;创建射线DC',用于表示折射光线。

前面其实是准备工作,再以C'D'为入射光线创建后续的反射光线和折射光线时,与前面的过程完全重复。

这时,就可以利用迭代了。

下面就是见证奇迹的时刻,用鼠标以次选中C、D两点,在“变换”菜单中选择“迭代”,在弹出的迭代对话框中设置映射为C→C'和D→D';确定映射,就得到了三次迭代项。

这一过程,其实就是在C'、D'两点上重复前面在C、D两点上进行的操作,系统默认重复三次。

将其他多余的点和线隐藏,选中迭代项,按下快捷键“Shift+”,可以逐渐增大迭代项;按下快捷键“-”,可以逐渐减小迭代项。

调节A、B、C、D各点的位置和迭代项的数量,可以观察到各种情形下的光的传播。


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