初中物理专题──光学作图(8页).doc

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1、-初中物理专题光学作图-第 8 页初中物理专题光学作图在初中物理中光学作图涉及到四种类型：1、有关光沿直线传播的概念和应用2、光的反射定律和平面镜成像规律的作图及应用3、光的折射定律及透镜的作图和应用4、凸透镜成像规律及其应用知识点分析一、光的反射光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角；光的反射中光路是可逆的。二、光的折射光的折射定律：折射光线与入射光线、法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；折射角大于、小于或等于入射角；光的折射中光路是可逆的。光的折射定律的内容、作图、应用及其与光的反射定律的异同。（1）相同点

2、折射光线和反射光线都位于入射光线和法线决定的平面内。折射光线和反射光线均分居法线的两侧。当入射角变化时，折射角和反射角都随之变化。在折射和反射现象中，光路都是可逆的。（2）不同点反射光线与对应的入射光线在同种介质中；折射光线与对应的入射光线在两种不同介质中，位于界面的两侧。反射角等于入射角，但折射角一般不等于入射角，并且当光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角，而光从其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。三、透镜透镜的分类：凸透镜、凹透镜。凸透镜：中间厚，边缘薄，有双凸、平凸、凹凸三种，如右图所示；凸透镜对光有会聚作用。凹透镜：中间薄，边缘厚，有双凹、平凹、凸凹三种，如右图所示；凹透

3、镜对光有发散作用。凸透镜成像规律：规律1：当物距大于2倍焦距时，则像距在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距，像比物小，物像异侧。应用：照相机、摄像机。规律2：当物距等于2倍焦距时，则像距也在2倍焦距， 成倒立、等大的实像。此时物距等于像距，像与物大小相等，物像异侧。规律3：当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时，则像距大于2倍焦距， 成倒立、放大的实像。此时像距大于物距，像比物大，物像异侧。应用：投影仪、幻灯机、电影放映机。规律4：当物距等于1倍焦距时，则不成像，成平行光射出。规律5：当物距小于1倍焦距时，则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距，像比物大，物像同侧。应用：

4、放大镜。四、平面镜作图题解题指导（一）作图依据的原理1、光的反射定律：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面上；（2）反射光线和入射光线分居在法线的两侧；（3）反射角等于入射角。2、平面镜成像的特点：（1）平面镜所成的像和物体到镜面的距离相等；（2）像与物体的大小相等；（3）像与物体的连线与镜面垂直；（4）像与物左右相反；（5）成虚像。（二）作图的规范化要求1、平面镜的反射面和非反射面不能混淆，平面镜的非反射面要画上短斜线。2、实际光线（入射光线和反射光线）要画成实线，并用箭头表示光行进的方向。实物用实线表示。3、虚像、法线和光的反向延长线要用虚线表示。4、为了表示实物和虚像的对称点，实物和

5、虚像都要标上箭头或字母。5、要符合光的反射定律和平面镜成像的特点。（三）平面镜作图题的类型和解法1、确定平面镜的位置（1）根据入射光线和反射光线位置确定平面镜的位置：找到入射光线和反射光线及其交点。画法线。根据光的反射定律知，反射角等于入射角，所以反射光线与入射光线的角平分线即为法线。画平面镜。平面镜与法线垂直。（2）根据像与物的位置确定平面镜的位置将像与物的对应点连接（虚线）。作此虚线的垂直平分线，即平面镜的位置。在平面镜的一侧画上短斜线。2、确定平面镜所成像的位置（1）根据反射光线位置确定像的位置画出物体上一点发出的任意两条光线，并分别划出反射光线。将反射光线延长，并找到交点，交点即为物体

6、上那点的像。（2）根据像与物到平面镜的距离相等确定像的位置在物上取任意两点A、B分别过这两点作到平面镜的垂线，并延长。在延长线上取点A到平面镜的距离与A到平面镜的距离相等。同理找到B点。根据这两个对应点的位置就可以大致画出像的形状和位置了，如果还画不出来，可以多选几个对应点。3、确定物的位置（1）根据反射定律分别作出反射光线对应的入射光线。这两条直线的交点即入射光线的交点，为发光点S的位置。（2）可利用反射光线先确定像的位置，再由像确定物的位置。五、巧解时钟问题 “在平面镜中看到时钟的指针如图所示，那么此时是什么时刻？”对此问题许多同学感到有一定困难。解法一：“反看正读法”从题目纸的背面看图，

7、采用常规的读数方法，容易读出此刻为11:35。解法二：“正看逆读法” 按逆时针方向读数，图上的数字也相应按逆时针方向从小到大排列，不难读出此时为11:35。（如图一所示）解法三：“十二扣除法” 将时钟上的时间按常规读法读出时间后，再从十二中减去这个时刻即为实际时刻，如图二所示：常规读法时间为0:25，则实际时间为12:00-0:25=11:35。解法四：“对称法” 平面镜成像特点之一是像与物左右颠倒，因此可以根据轴对称图形的性质得出结论，即该时刻为11:35。六、透镜的三条特殊光路图凸透镜的三条特殊光线（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，经过焦点F；（2）经过焦点F的光线经凸透镜折射后，平

8、行于主光轴；（3）经过光心的光线，其传播方向不变。凹透镜的三条特殊光线（1）平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其反向延长线经过焦点F；（2）射向另一侧焦点F的光线经凹透镜折射后，平行于主光轴；（3）经过光心的光线，其传播方向不变。典型例题类型：平面镜作图例1、如图所示，入射光线AO与平面镜MM的夹角是30，如果保持入射光线不动，使平面镜绕入射点O逆时针转动10角时，则反射光线和入射光线的夹角是（ ） A. 增加20 B. 增加10 C. 减小20 D. 减小10 解析：当平面镜没有转动时，入射角为60，反射角也是60，反射光线与入射光线的夹角是120。当平面镜逆时针转动10时，入射光线与平面镜

9、的夹角为40，那么入射角就是50，反射角也是50，此时反射光线与入射光线的夹角就是100 ，与平面镜转动前相比较减少20，故C选项正确例2、太阳光与水平面成45角，照射到地面上，为了使光线成水平照到右边的墙上，地面上的平面镜与水平面应成多大的角度？首先画水平面，以虚线BB表示；画带箭头的入射光线AO交BB于O；根据题意，反射光线应沿BB，画带箭头的实线OB表示，则AOB=180-45=135；作AOB的平分线EO，则i=r=1352=67.5；作EO的垂线MN，即平面镜镜面位置。此时镜面与水平面的夹角NOB=NOE-r=90-67.5=22.5。例3、在图2中，S为发光点S在平面镜中的像点，在

10、图中画出平面镜的位置。 解答：根据平面镜成像规律中“像和物的连线跟镜面垂直，它们到镜面的距离相等”这一特点，S和S的连线的垂直平分线即为平面镜镜面位置（如图2）。 例4、如图3所示，AB是物体AB在平面镜中所成的像。请你在图中画出平面镜的位置。并用短斜线标出平面镜的背面（保留确定平面镜位置的有关线段）。 解答：本题是将例3的像点S换成了像AB、物点S换成了实物AB。其作图方法一样，只需将物AB与像AB的任一对称点（比如B、B）连接起来再作BB的垂直平分线（MN）即可。例5、某发光点S发出的两条光线经平面镜反射后分别沿O1A和O2B方向射出，根据平面镜成像规律，在图4中画出发光点S的位置。具体步

11、骤： 解1：根据光的反射定律，由O1A、O2B这两条反射光线可分别作出与它们相应的入射光线所在的直线，这两条直线的交点即入射光线的交点，也即为发光点S的位置。具体步骤： 作平面镜的法线O1M和O2N； 用铅笔作入射光线所在直线O1S1和O2S2，其交点S即为发光点的位置；最后由S向O1和O2作带箭头的入射光线SO1和SO2（如图5）。解2：将两条反射光线O1A和O2B用虚线反向延长，相交于S，S即为像点的位置；作出S关于镜面的对称点S，S即为发光点的位置，过S点补画入射光线SO1及SO2（如图6）。例6、根据平面镜成像的特点，在图7中画出物体AB在平面镜MN中所成的像。 解答：如图8所示，从A

12、点任选两条入射光线作出它们的反射光线及反射光线延长线的交点A，A即是A在平面镜中的像；用同样的方法作出B在平面镜中的像B；用虚线连接A、B，并在A上加一个箭头，此时的AB即为AB在平面镜中的像。例7、用作图法在图9中作出人眼（A）通过平面镜MN所能观察到的范围。 解答：过平面镜两端点M、N作法线；画反射光线MA和NA；根据反射角等于入射角画出入射光线CM与BN，CB即为人眼能观察到的范围。类型：透镜作图1、画入射光线或折射光线例1、在图1的甲、乙两图中画出经过透镜的折射光线。解题指导：主要根据透镜对光线的作用，画出相应的光线，特别掌握几种特殊的光线：平行于凸透镜主光轴的光线经过透镜折射后会聚在

13、焦点上。过凸透镜焦点的光线经透镜折射后平行射出。平行于凸透镜主光轴的光线经过透镜折射后发散，将其反向延长过虚焦点。入射光线的延长线经过另一侧的虚焦点，则光线经凹透镜后，折射光线平行射出。经过透镜光心的光线，方向不变。根据图1中入射光线的特点，很容易画出折射光线。（如图2所示）2、根据入射光线和折射光线，确定透镜类型例2、如图3所示，请你填上合适的透镜。解题指导：首先要比较折射光线与入射光线，若折射光线比入射光线更加会聚，则一定是凸透镜；反之，就是凹透镜。怎样理解凸透镜对光束的会聚作用呢？先假设没有透镜，则光应沿直线传播如图4中C1、C2所示，实际光线虽没有会聚在一起，但仍比原来靠近很多，表明透

14、镜对光线起到会聚作用。所以不能根据经透镜折射的光线是否相交来判定透镜的类型。所谓的会聚作用是指折射光线比入射光线更加向主光轴偏折；发散作用是指折射光线比入射光线更加远离主光轴。所以在图3中应填上凸透镜。3、黑盒子问题例3、在图5的方框内有一个透镜，已知单箭头的出射光线与单箭头的入射光线对应，双箭头的出射光线与双箭头的入射光线相对应，在图中适当位置填入所用的透镜。解题指导：先将对应的光线连接起来形成光路，再进一步判定透镜对光线起会聚还是发散作用。从图6中可以看出入射光线经过焦点后成发散光束，而经过透镜的折射后成平行光束，折射光线比入射光线靠近主光轴。所以这是个凸透镜，透镜在光线发生偏折的位置上。

15、练习题（1）要借助工具作图，作图一定要规范。（2）是实际光线画实线，不是实际光线画虚线。（3）光线要带箭头，光线与光线之间要连接好，不要断开。（4）作光的反射或折射光路图时，应先在入射点作出法线（虚线），然后根据反射角与入射角或折射角与入射角的关系作出光线。一、光的反射定律作图1、作出下列各图的入射光线（或反射光线、镜面）2、小明用平面镜将一束太阳光反射到竖井底（如图所示），请在图上作出平面镜的位置。二、根据平面镜成像的特点作图3、根据平面镜成像特点画出镜中的像（或镜前的物体）。AB三、根据平面镜成像的原理作图4、根据平面镜成像的原理作出发光点S在平面镜中的像。5、如下左图所示，画出发光点S发

16、出的光线经平面镜反射后过图中P点的光路图。6、如下中图所示，S为点光源S在平面镜MN中的像，SA为光源S发出的一条光线，请画出平面镜MN，并完成光线SA的光路。7、如下右两图是光源S经平面镜反射的两条光线，请画图确定光源位置，并完成光路图。四、根据光的拆射定律作图（记住在空气中的角大于在其它介质中的角）8、作出下列各图的入射光线（或折射光线）。空气水空气玻璃9、如下图所示，玻璃水缸底部C点处有一块小雨花石，人眼在A点看到雨花石在B点，要使从A点射出来的一束极细的激光能照到缸底的雨花石上，请画出光路图。10、如上中图所示，束光射向三棱镜，画出这束光两次折射的大致光路。11、如上右图所示，一束光线

17、斜射向一块玻璃砖的侧面。请画出光线进入玻璃砖的折射光线和从玻璃砖的另一侧面射出时的折射光线。12、画出下左图中的反射、折射光路。13、将一平面镜斜放在装有水的水槽中，有一束光线垂直射向水面，如下右图所示，请画出这束光线在水中行进最后射出水面的光路图。五、根据光的直线传播作图14、画出物体经过小孔后在光屏上成的像，是_(填“正立”或“倒立”)的_(填“实相”或“虚像”)。15、请你在两个黑箱中分别填入合适的镜面，并将光路补充完整。16、如图所示。已知入射光线射到平面镜上，画出反射光线。17、如图所示。已知两块平面镜夹角是60，当入射光线与其中一块镜面的夹角是30时，画出这条光线在两镜间的反射光线

18、。18、如图所示中的箭头AB，表示平面镜前的物体，利用平面镜成像的规律画出AB的像AB的位置。19、如图所示是一个简易的潜望镜，当一条光线射入潜望镜后发生两次反射，请完成光路图。20、A、B是一条入射光线，射到如图所示甲、乙的方框内，在方框内适当位置放两块平面镜，使入射光线反射后可沿CD射出，请画出平面镜的位置。21、如图所示，在地面上竖直竖立一长杆AB，图中带箭头的线是一束照到地面的太阳光，请作出长杆AB在地面上的影子。22、如图所示，一条光线斜射到厚玻璃板上，试画出光线经过玻璃板上、下两个表面产生的折射光线的示意图。23、一束光线AO从玻璃斜射到玻璃和空气分界面上，如下左图所示，请在图中作

19、出该束光线在界面上的反射光线和折射光线的大致光路。24、 一束光线从空气射至空气和水的界面上，如下中图所示，试在图上画出反射光线，并大致画出折射光线。25、如上右图，光从某种透明的物体射入空气，已知入射角为30，折射角与入射角两者相差15，请你画出它的折射光线，并把折射角的度数标在图上。26、光在玻璃与空气的界面上发生反射和折射，光路如图所示，光线OC方向已知。(1) 在图中标明玻璃与空气的界面MN。(2) 标明另两条光线的方向。(3) 标出界面两侧的物质名称。27、如下左图所示，S1、S2是发光点，AB是挡板，试作出屏幕上光完全照不到的地方。28、如下中图所示，ab是两个发光点，人从某个方向

20、观察，发现两点的像重合起来了，试确定这个方向。29、如上右图，S1是发光点经平面镜所成的像，若将平面镜转动一个位置，发光点的像变成了S2试确定平面镜的新位置。30、如图，两条反射光线是同一点光源发出的光经反射后形成的，试确定发光点的位置。31、如下图所示，S点发出的光线经反射后通过A点，试确定这条光线并把光路图补充完整，其中，第二个图经过两次反射。32、如下左图所示，试作出挡板右侧看到S像的范围。33、如下右图所示，S是一个发光点，S是它在平面镜中成的像，SA是S发出的一条光线，请在图中画出平面镜的位置和SA经平面镜反射后的光线。34、如图所示，平面镜上方有一竖直挡板P，AB和CD是挡板左侧的

21、发光点S经过平面镜反射后的两条反射光线，请在图上作出发光点S。(要求留下作图痕迹)35、同一束平行光线射到不同的镜上变成不同的光束，如下图所示，其中A是_镜，B是_镜，C是_镜，D是_镜，其中对光线起发散作用的是_。36、完成下图所示的光路图。37、（1）为了把竖直照射的太阳光经平面镜反射后，沿水平方向射入涵洞中，请在图4中画出平面镜的位置，并完成光路图。（2）请画出图5中入射光线经凸透镜折射后的光线。38、黑箱内有一只焦距为3cm的凸透镜和一只平面镜如下图所示，请你画出黑箱内的光路图并标出平面镜上入射角的度数。39、根据图中入射光和出射光的情况在方框内填上一个适当的光学元件。40、如图所示，平面镜前有一个点光源S，在S与平面镜之间有一块不透明的挡板P。问：（1）点光源S在平面镜中的像在哪里？（2）哪些地方可以看到这个像？(请用阴影区域表示)