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將軍飲馬?你錯(cuò)了!將軍飲得不是馬,是物理

 堪尋 2021-02-18

你的影子無(wú)所不在

人的心事像一顆塵埃

落在過(guò)去飄向未來(lái)

掉進(jìn)眼里就流出淚來(lái)

                                ----齊秦《往事隨風(fēng)》

法國(guó)雕刻家羅丹說(shuō):“生活中從不缺少美,只是缺少發(fā)現(xiàn)美的眼睛?!蓖瑯?,各個(gè)學(xué)科中從不缺乏物理,只是缺少發(fā)現(xiàn)物理的眼睛。

我們?cè)趯W(xué)習(xí)物理時(shí),不能把目光只局限于物理學(xué)科中,而應(yīng)當(dāng)讓物理與各個(gè)學(xué)科建立鏈接,把眼光投放到更廣泛的天地。

當(dāng)你嘗試用物理的眼光去觀察世界就會(huì)發(fā)現(xiàn),即便走出了物理課堂,物理也并從未走遠(yuǎn),它的影子無(wú)所不在。

物理是解決物理問(wèn)題的工具,同樣,利用物理知識(shí)也可輕松地解決數(shù)學(xué)問(wèn)題。例如數(shù)學(xué)中典型的“將軍飲馬”問(wèn)題:

傳說(shuō)亞歷山大城有一位精通數(shù)學(xué)和物理的學(xué)者,名叫海倫.一天,一位羅馬將軍專程去拜訪他,向他請(qǐng)教一個(gè)百思不得其解的問(wèn)題:

軍官?gòu)能姞I(yíng)A出發(fā)先到河邊飲馬,再去同側(cè)的B地開(kāi)會(huì)(如圖),應(yīng)該怎樣走才能使路程最短?你能解決這個(gè)著名的“將軍飲馬”問(wèn)題嗎?請(qǐng)畫圖說(shuō)明.


 我們知道,光在同種均勻介質(zhì)中是沿直線傳播的,也就是說(shuō)它通過(guò)路徑是最短的。當(dāng)光發(fā)生反射時(shí),雖然傳播路徑發(fā)生改變,但仍舊是通過(guò)最短的路線徑。若把A當(dāng)做一個(gè)發(fā)光點(diǎn),河岸當(dāng)做平面鏡,B為A點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)平面鏡反射后的反射光線上的一點(diǎn),這道數(shù)學(xué)題就轉(zhuǎn)化為物理題。

首先做出A點(diǎn)相對(duì)于河岸的對(duì)稱點(diǎn)A′,相當(dāng)于A點(diǎn)以河岸為平面鏡在鏡中的像點(diǎn),因?yàn)橄顸c(diǎn)是所有反射光線反射延長(zhǎng)線的交點(diǎn),所以連接A′、B與河岸相交于P點(diǎn),P點(diǎn)相當(dāng)于入射點(diǎn),連接A、P,此時(shí)AP于入射光線、PB相當(dāng)于反射光線。

答案:如圖所示:


如果你看過(guò)別萊利曼寫的科普名著《趣味物理學(xué)》就發(fā)現(xiàn)其中有這么一篇:

在一株樹(shù)上歇著一只烏鴉,地上撒著許多谷粒。烏鴉從樹(shù)上飛到地上,街了一粒谷粒,飛到對(duì)面的柵欄上。問(wèn):烏鴉應(yīng)當(dāng)在什么地方銜取谷粒,才能夠使它飛最短的路(如圖所示)?


     顯然,這個(gè)問(wèn)題跟“將軍飲馬”問(wèn)題如出一轍,說(shuō)不定別萊利曼就是受“將軍飲馬”啟發(fā)創(chuàng)設(shè)了這個(gè)情景,亦或者“純屬巧合”。當(dāng)然并不重要,重要的是這只烏鴉應(yīng)當(dāng)模仿光線,應(yīng)當(dāng)使角1等于角2(如圖所示)。只有這樣,它經(jīng)過(guò)的路線才是最短的。


再看下面這幾道題:

1.如圖所示,電工要從房A點(diǎn)拉導(dǎo)線到河岸安裝一盞路燈O后再到房B點(diǎn),路燈O選在岸上何處用導(dǎo)線最短?小莉?qū)⒑影懂?dāng)作平面鏡,用光學(xué)作圖法很簡(jiǎn)單地確定了路燈O的位置,請(qǐng)畫出小莉的作圖.


2.如圖所示,在一個(gè)水塘的表面均勻漂浮些魚食,一只小魚正在A處。現(xiàn)在小魚在A處出發(fā)到水面取一點(diǎn)食物后,要回到岸邊的B洞口處,請(qǐng)利用光學(xué)作圖的方法,畫出小魚在這一過(guò)程中游動(dòng)的最短路徑(請(qǐng)保留作圖中必要的輔助線)。


   

 3.臺(tái)球桌上的球分布如圖9所示,要想通過(guò)兩次撞墻使白球擊中球①.當(dāng)我們研究應(yīng)怎樣擊白球時(shí),可以把臺(tái)球桌的邊框看作為_(kāi)________,由此利用__________能夠確定撞擊點(diǎn)的位置,也就是_______點(diǎn)的位置,使之沿一定的路線才能實(shí)現(xiàn)白球準(zhǔn)確的撞擊.


沒(méi)錯(cuò),這幾道的實(shí)質(zhì)還是“將軍飲馬”,只不過(guò)換上不同的“外衣”----情景。

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