2018年2月6日 星期二

反射定律

反射定律
 日期:2018/2/6
由於 GeoGebra 中有畫垂直線和線對稱的工具,理論上用 GeoGebra 畫光的反射應該會是一件很簡單的事情,只是沒想到還是需要多花點時間調整圖才會好看,以下是2個例子。

反射定律示意圖繪圖步驟

1. 選取新點工具,用滑鼠在繪圖區上畫出點A、B。在這裡不要用指令畫點,因為輸入指令時會指定點的位置,之後沒辦法用滑鼠拖曳改變點的位置。
2. 選取線段工具,用滑鼠左鍵在點A、B上各按一下。或是用指令
f = Segment(A, B)
將線段調粗、改為藍色當作平面鏡。
線段工具選單

3. 選取新點工具,用滑鼠左鍵在線段f上按一下畫出點C,也就是入射光照到平面鏡的位置。或是用指令
C = Point(f)
4. 選取垂直線工具,用滑鼠左鍵在點C、線段f上按一下左鍵。或是用指令
g = PerpendicularLine(C, f)
反射定律範例步驟 1 ~ 4 成果
5. 但是直接用垂直線當作法線實在太長了,所以我們在垂直線g上面新增點D,再畫出點C、D之間的線段,最後把垂直線g隱藏起來,這樣會比較好看一點。或是用指令
D = Point(g)
h = Segment(C, D)
反射定律範例步驟 5 成果
6. 選取新點工具,用滑鼠在繪圖區上畫出點E,在這裡不要用指令畫點,因為輸入指令時會指定點的位置,之後沒辦法用滑鼠拖曳改變點的位置。再畫出點C、D之間的線段i當作入射光。
7. 選取線對稱工具,用滑鼠左鍵依序在線段i、h上各點一下,畫出反射光。或是用指令
i’ = Reflect(i, h)
線對稱工具選單
反射定律範例步驟 6 ~ 7 成果
8. 選取畫角度工具,用滑鼠左鍵依序在點E、C、D上各點一下畫出入射角α,依序在點D、C、E’上各點一下畫出反射角β。或是用指令
α = Angle(E, C, D)
β = Angle(D, C, E')
最後再把不需要的東西隱藏起來,把物件格式調整成自己喜歡的樣子就完成了。
畫角度工具選單
反射定律範例最終成果

夾角為60°的兩平面鏡繪圖步驟

1. 仿照上面的步驟1、2畫出點A、B及線段f作為下方的平面鏡。
2. 選取新點工具,用滑鼠在繪圖區上畫出點C,這是與下方平面鏡平行的入射光會經過的點。
3. 新增控制平面鏡夾θ用的數值滑桿,最小值0°,最大值90°,增量1°。或是用指令
θ = Slider(0°, 90°, 1°)
可以使用快速鍵 Alt + O 輸入 ° ,這樣會比按虛擬鍵盤方便。手動將θ調整為60°。
4. 用以下指令畫出繞A點逆時鐘方向旋轉 θ 後的平面鏡
f’ = Rotate(f, θ, A)
指令的格式為 Rotate(被旋轉的物件名稱, 旋轉角度, 轉軸位置),這個功能在工具列中找不到。
夾角為60°的兩平面鏡步驟1 ~ 4成果
5. 選取平行線工具,用滑鼠左鍵分別在線段f、點C上各點一下。或是用指令
g = Line(C, f)
指令的格式為 Line(直線經過的點名稱, 平行的直線或線段名稱)。但是這樣入射光會穿過平面鏡,所以還需要調整一下。
平行線工具選單
6. 選取交點工具,用滑鼠左鍵分別在直線g、線段f'上各點一下,畫出入射光打在左側平面鏡上的位置點D。或是用指令
D = Intersect(g, f')
指令的格式為  Intersect(物件1, 物件2)
交點工具選單
7. 選取射線工具,用滑鼠左鍵依序在點D、點C上各點一下,畫出入射光。或是用指令
h = Ray(D, C)
指令的格式為 Ray(起點, 射線上另一點)。畫完之後再把直線g隱藏起來。
射線工具選單
夾角為60°的兩平面鏡步驟5 ~ 7成果
8. 仿照上面的步驟4、5畫出入射光在左側平面鏡的法線,仿照上面的步驟7畫反射光。但這次的入射光是線射,所以畫出來的反射光會穿過下方的平面鏡,還需要再處理一下。
夾角為60°的兩平面鏡步驟8成果
9. 仿照步驟6找出反射光和線段f的交點F,畫出線段DF。
夾角為60°的兩平面鏡步驟9成果
10. 仿照步驟8第1次的反射光在下方平面鏡的法線,再用線對稱畫出第2次的反射光。但這次的入射光是線段,所以畫出來的反射光不會延伸出去,還需要再處理一下。
夾角為60°的兩平面鏡步驟10成果
11. 選取射線工具,用滑鼠左鍵依序在點F、點D'1上各點一下,畫出第2次的反射光。畫完之後再把線段m’隱藏起來。
夾角為60°的兩平面鏡步驟11成果
12. 最後用畫角度工具標示平面鏡夾角、入射角、反射角,把物件屬性調整成自己喜歡的樣子就完成了。
夾角為60°的兩平面鏡最終成果

構圖按本

當繪圖步驟越來越多之後,可以由檢視 => 構圖按本或是按 Ctrl + Shift + L 開啟構圖按本視窗,這樣就能看到繪圖的步驟,甚至可以知道到哪個步驟時圖的樣子為何,是很方便的工具。
構圖按本選單
構圖按本視窗

結論

其實這兩張圖我都可以在10分鐘內畫完,但沒想到要把繪圖步驟寫下來這麼花時間,本來還要寫新增自製工具的方法,只能下次再寫了。

相關指令的官方說明書

  1. 點                https://wiki.geogebra.org/en/Point_Command 
  2. 線段            https://wiki.geogebra.org/en/Segment_Command 
  3. 垂直線        https://wiki.geogebra.org/en/PerpendicularLine_Command 
  4. 線對稱        https://wiki.geogebra.org/en/Reflect_Command 
  5. 畫角度        https://wiki.geogebra.org/en/Angle_Command 
  6. 數值滑桿    https://wiki.geogebra.org/en/Slider_Command 
  7. 旋轉            https://wiki.geogebra.org/en/Rotate_Command
  8. 直線            https://wiki.geogebra.org/en/Line_Command 
  9. 交點            https://wiki.geogebra.org/en/Intersect_Command 
  10. 射線            https://wiki.geogebra.org/en/Ray_Command 


2018/2/8 更新

已經檔案上傳至 GeoGebraTube,可以線上操作或下載檔案
  1. 反射定律範例   https://ggbm.at/P2x59HdN 
  2. 平面鏡反射夾角60度   https://ggbm.at/BJFmpcjm 

沒有留言:

張貼留言