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【费马光行最速原理】【第一期】

光行最速原理

1657年,法国数学家费马(P.Fermat,1601—1665)将光线的反射定律与折射定律统一起来,提出著名的光行最速原理:

光线所行进的“光程”最短.
简略地说,光行进的时间最短.

将军饮马与光线的反射定律

牧马人从A地出发,到一条笔直的河边饮马,然后到B地.牧马人到河边的什么地方饮马,可使所走的路径最短.

作点A关于直线l的对称点A',连接A'B交直线于点O,在点O处饮马,可使所走的路径(AO+BO)最短.
由轴对称的性质得:∠1=∠2,
因为∠2=∠3,
所以∠1=∠3,
根据等角的余角相等,得:∠4=∠5(入射角=反射角).

光线经过点A射向分界面上的点O,反射经过点B,如果沿着入射角等于反射角的路径行进时,路径最短.

胡不归与光线的折射定律

点A为直线外一定点,点B为直线上一定点.已知在直线外运动的速率恒为,在直线上运动的速率恒为,且>,现从点A出发,去往B点,求最省时路径.

过点B作射线BC,使其与直线的夹角θ满足:sinθ=
作AH⊥BC于点H,交直线于点O,
折线AOB为最省时路径.

胡不归可以看作光的折射的临界状态(全反射),也就是入射角等于临界角θ,折射角等于90°,=.

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