如图所示,光屏和正在旋转着的六面镜都竖直放置,六面镜的横截面为正六边形,一束光垂直通过光屏的小孔,正对六面镜的转轴OO'射来.如果镜与光屏的距离为l,六面镜的镜面宽度与l相比可以忽略不计,光屏足够大,那么这束光经镜面反射在光屏上所成的光点轨迹,其最大距离是
A.2l
B.2ltan60°
C.2lcot60°
D.lcot60°
B
一个六面镜对光的反射,我们要找到它的开始点和结束点,也就是光的反射的临界点.当入射光恰好对准六面镜的一条棱时,光开始反射,随着镜面的转动,反射光线与入射光线的夹角开始变小,直至镜面与入射光线垂直时,按原路返回.镜面继续转动,光线又向另一侧反射,直至镜面的另一条棱对准入射光线.利用作图的方法,画出光的反射轨迹,就可以运用几何知识分析出光点轨迹的长度了.
解答:解:以六面镜的其中一个反射面为研究对象,如图,当其从甲位置转至乙位置时,其反射光线所经过的轨迹如图丙所示,形成两个直角三角形.AB=L,为入射光线,BD和BC为别为反射光线的两侧临界线,CD为这束光经镜面反射在光屏上所成的光点轨迹.
∵正六边形的每一个外角都是60°,入射光线始终指向正六边形的中心,
∴以丙图中的△ABD为例,∠ABD=60°,
∴tan60°==,AD=Ltan60°.
同理,AC=Ltan60°,
∴CD=2Ltan60°.
故选B.
点评:解决此题的关键是依据正六边形的特点,找出反射光线的轨迹,借助画图,再利用直角三角形的正切函数,最终求出光点轨迹的范围.几何知识的合利运用在此题中起到了至关重要的作用,因此,这是一道数学与物理相结合的学科综合类题目.
技巧学习——物理杠杆:反证法,对一些命题举出反例给予否定。对于“一定”“肯定”等字眼特别有效。