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物理 · 主题

光与成像

光线图看起来只是画图练习,直到一个量错的角度或漏掉的箭头让整道题失分。

本页内容
  1. 需要先具备什么基础?
  2. 一道整体示范例题
  3. 应该按什么顺序学习这些课?
  4. 哪些陷阱最容易让学生失分?
  5. 应该怎样使用练习题?

这个课题讲的是光如何以光线的形式沿直线传播,以及光线遇到镜子、玻璃砖或透镜时会发生什么。你要画出光线的路径,在给出折射率时计算角度,判断光何时被困在材料内部,并用光线作图法求出像。

具体公式和要求的深度取决于你所考的年份,以及你学的是 Core 还是 Extended 路线。请到 Cambridge IGCSE Physics 0625 官方页面查看你考试年份的最新大纲。物理学习指南展示了这个单元在整个科目中的位置。

需要先具备什么基础?

你需要懂得波的行为中的概念,特别是波可以反射、折射,并在进入新材料时改变速度。你还需要基本的角度计算,以及把计算器的 sin 键设为角度(度)模式。

在这里,削尖的铅笔、量角器和直尺和物理知识一样重要。这个课题中大部分丢分来自画图,而不是概念。

一道整体示范例题

空气中的一束光射到平整的玻璃砖上,入射角(angle of incidence)为 50°,玻璃内的折射角(angle of refraction)为 31°。(虚构示例数据。)求这块玻璃的折射率(refractive index)。

第 1 步,标出角度: 两个角都从法线(与表面成 90° 的直线)量起。i = 50°,r = 31°。

第 2 步,选择关系式: 折射率 n = sin i ÷ sin r。

第 3 步,计算: sin 50° = 0.766,sin 31° = 0.515,所以 n = 0.766 ÷ 0.515 = 1.49。

第 4 步,检查: 光进入玻璃时向法线偏折,所以 r 必须小于 i,结果确实如此。玻璃的折射率略大于 1 是合理的。答案是 n ≈ 1.5。

本单元的每一课都是这几步的变化:从法线量角,选出适合的规则,仔细计算或作图,再检查结果在物理上是否合理。

应该按什么顺序学习这些课?

  1. 作出反射光线:反射定律和法线,之后每一张图都依赖它。
  2. 在适用时使用折射关系式:光的偏折和正弦关系,沿用同样的法线习惯。
  3. 解释全内反射的条件:折射的特殊情况,光全部留在内部,并引入临界角(critical angle)。
  4. 画出简单的透镜成像:三条标准光线,以及它们相交的位置。
  5. 区分实像与虚像的作图:光线何时真正相交,何时只是看起来相交,包括虚线的画法。

然后用光与成像练习题检验自己。

哪些陷阱最容易让学生失分?

  • 从镜面或玻璃表面量角,而不是从法线量起。
  • 忘记光进入较密的介质时向法线偏折,进入较疏的介质时远离法线。
  • 求折射率时把角度相除,而不是把正弦值相除。
  • 对从空气进入玻璃的光声称发生全内反射。
  • 实像画成虚线,或虚像画成实线,并且忘了在光线上加箭头。

应该怎样使用练习题?

先在纸上用直尺画出每一张光线图,再打开详细解答。每一行计算都写出公式、以度为单位的角度和单位。用练习题末尾的错误分流部分,回到对应的课。

之后,把重复出现的错误记录到错题记录与重测队列,让它以新题的形式再次出现。

那些懂规则却仍在画图或角度上失分的学生,可以受益于老师在铅笔落下时就在旁边看着。这正是我们的线上一对一物理补习所要提供的。

资料来源

  1. Cambridge IGCSE Physics 0625 syllabus page

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