Question

在地质考察中发现一个溶洞，洞内有一块立于水中的礁石,如图14-1-14所示.为了能在洞外对礁石进行观察，必须用灯光对它照明.若利用水面反射来照明，则灯应放在什么位置才有可能照亮全部礁石？

图14-1-14

Answer 1

根据光路可逆原理，只要在洞外能观察到AB完整像的范围内打灯光，就能照亮全部礁石.而能观察到完整像的范围应当是像A′B′和溶洞及其倒影组成的相关光锥内，即下图中的阴影部分.值得指出的是这里不是以“镜”为界，而是以“屏障”为界构成光锥.

解析:

（1）由反射定律知道，物点到平面镜的入射光束经镜面反射后的出射光束是发散光束，形成虚像.物与像关于镜面对称，物体通过平面镜成等大的、正立的虚像.利用平面镜成像特点，可以先用对称性找到虚像，然后再补画必要的入射光线和反射光线.

(2)平面镜成的像有一定的观察范围，点光源S发出的光线经平面镜反射形成虚像S′,S′对人眼来说是一个新的点光源.但这个“点光源”与真正的点光源是有区别的,真正的点光源发出的光在空间任何范围都能接收到，而S′“发出”的光仅在反射光范围内才能接收到.好像是房间中的“光源”，S′发出的光只能通过平面镜这个“窗口”射出，人眼只能通过平面镜这个“窗口”才能看到房间中的“点光源”S′.在确定观察范围时，应先确定反射光线的边界线.