WXRedian | 天文物理 | 如何证明自行车“老式尾灯”的光学原理？

如何证明自行车“老式尾灯”的光学原理？

百科 2024-07-08 08:07 湖北

自行车后面装着一个红色的尾灯，里面没有灯泡，它有什么用处呢？白天，它的红颜色会引起后面的汽车司机的注意。夜晚，你拿个手电筒照一下，它会“发光”。它的本领是不管入射光从哪个角度射来，它的反射光都能逆着原方向反射回去。自行车尾部安上它，后面的汽车灯光照在它上面，司机看上去特别耀眼，就引起了司机的注意，避免发生危险。

现在拿两面镜子，使它们互成90°，这样组成一个偶镜，你做一次偶镜的游戏就能揭开自行车尾灯之谜了。把偶镜立在小柜子上，让镜子距地面的高度跟你眼睛的高度相同，拿一个手电筒，像图1那样让它靠着你的头。打开手电筒，让光线水平地射到偶镜上。看！偶镜上发出眩目的反射光。不管手电筒的光沿什么方向射向镜面，只要使光线保持水平，那么，反射光线就总是逆着原来的方向反射回来。

图2画出了偶镜的光路。入射光沿AO₁方向射到第一面镜子M₁上，经反射后，沿O₁O₂方向射向第二面镜子M₂，最后反射光线沿O₂B方向反射回来。我们可以证明O₂B平行于AO₁。

因为∠1＝∠2，（光的反射定律）

O₁N₁∥MM₂，（它们同时与MM₁垂直）

∠2＝∠3，（内错角）

∠4＝∠5，（光的反射定律）

∠6＝90°－∠5＝90°－∠4＝∠3，

所以∠6＝∠3＝∠2＝∠1，

因为∠3＝∠7，（对顶角）

所以∠6＋∠7＝∠1＋∠2，

结论O₂B∥AO。（同位角相等）

如果在这个偶镜上再加一面镜子，使三面镜子互相垂直；就像从箱子上切下一个角，得到了一个四面体，这就成了角反射器，它实际上是三对偶镜。从任何方向射向角反射器的光线都会被它沿原方向反射回来。自行车的尾灯，从表面上看去好像是蜂窝图案，它里面实际上是许许多多角反射器。上世纪60年代科学家曾把一个角反射器放到了月球上,从地球上向这个角反射器发送激光束，精确测出激光从地球射到反射器再返回地球的时间，再利用光速就可以算出月球到地球的距离。——物理小识

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