一道关于镜面反射的难题

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/04 07:43:35
现在假设有一个球,内表面是镜面(球里面可以进行镜面反射),在内表面有一个激光器对里面发射激光,请问是否所有的情况(指激光发射的所有可能角度)都能使激光最终回到起点?(激光在里面不断地进行镜面反射,只在里面且无漫反射). 2.最终里面的激光构成什么图形(虽然可能没有最终). 3.若把上述的球该成圆,其他情况一样,请同样回答上述两个问题.
请说出为什么

jimshuise 刚开始的分析很好,也就是在球内表面反射时也仅仅是在一个过圆心的大圆内进行反射。(所以第三个问题就不用说了,两者其实都是在圆内反射。)
但他的结论并不完善,在jimshuise的基础上我想作点补充。
第一问、是否能回到原发射点决定于第一条发射的方向。这里不能画图,我描述一下:发射时的第一条光线可以看成是它所在反射大圆的一条弦。这个弦对应了一个圆心角,当这个圆心角可以被360除尽时。光线最终必过发出点。反之当除不尽时,必定不过。
第二问、
(1)如果那个圆心角能被360整除,那么光线在里面形成一个正多边形。边数等于360整除以该圆心角的倍数。比如120度时是个正三角形,90度时是一个正方形,72度时是一个正五边形.......(180度时除外,因为圆心角为180度,也就是说第一条光线便成了该大圆的直径,那么它永远在里面垂直反射。最终还是一条直线状。)
(2)如果该圆心角可以被360除尽但不能整除会形成一个多角星形。如144度时,就形成一个五角星。80度时是一个九角星......
(3)如果该圆心角不能被360除尽,光线就一直在里面反射永远无法回到发射点,就不能形成一个规则的图形。但是永远无止境地反射下去的话可以想象一下。它最终会接近一个圆环,这个圆环的其实是一个无数条光线织成的环状网,光线极度稠密,但绝不会形成一个面。还要说明,如果第一条光线构成的弦有多长,以后的所有反射光线就都是那么长,当然到达圆心的距离也都一样。所形成的“环面”外径等于大圆的半径,即球的半径。内径等于第一条光线构成的弦到球心的距离。(提问者可能知道答案,故意考我们,“可能没有最终”这句话补充的很好。这第(3)种情况理论上就没有最终。)
但是,这所有的形状其实都看不到,那所有的图形都存在于想象之中。即使里面有一只眼睛,还是看到漆黑一片,因为没有光线进入眼中。假设有一条光线进入眼中,你也只是看到了一个光点,经过反射后或者也可能是直接由发出点发来的光。光在里面的反射路径也因眼球的“看见”而被中断了。
第三问、不用说了。

这个问题很有趣
你想一下 根据镜面反射原理 无论这个激光器向哪一个地方发射 经过反射后会到达第三点 而问题的关键就在这:三点决定一个平面[激光器在球心的