南京追梦精彩实验引发深度思考几何画板重现光路美妙 / 开普饭

1 引言

2021年4月22日，微主在南京师范大学河南省中原名师培育基地的组织下，有幸赴南京外国语学校观摩了一节高质量的课，课中一个精美绝伦的光学实验引发了微主的深度思考。

作课教师在利用长玻璃柱和激光束模拟光在光导纤维中的传播规律时，微主从学生的角度，看到了一个十分奇妙的现象，即激光在圆柱形玻璃柱内的全反射光路并不是想象中的锯齿状光路，而是类似正弦式的“蛇形”光路。

2 定性分析

其实，这是入射激光与玻璃柱中心轴线不共面导致的。由于入射激光与玻璃柱中心轴线不共面，致使激光束在玻璃柱内相邻两个全反射点之间存在一个旋转角度。由运动和合成与分解知识可知，激光参与了两个分运动，一个是与中心轴线平行的匀速直线运动，另一个是贴着玻璃柱内表面绕中轴线所作的圆周运动，激光束在玻璃圆柱内的全反射光路其实是一个螺旋。

当观察者从侧面观察时，看到现象的其实是螺旋光路的横向投影，即“蛇形”光路。

3 几何画板建模分析

微主在几何画板软件中对上述运动进行了光路模拟，发现随着激光束在玻璃柱内相邻两个全反射点之间的旋转角度的变化，合成得到螺旋运动也在变化，从侧面不同角度观看到的激光螺旋路径的视觉效果也不一样。