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專題09光學作圖
一、光學作圖的考查形式主要有以下五種：
1．光的反射
2．光的折射
3．平面鏡成像
4．透鏡的特殊光線
5．凸透鏡成像
二、光學作圖需注意以下幾點：
1．要借助工具（鉛筆和直尺），作圖要規范；
2．實際光線畫實線，不是實際光線（如法線、光線的反向延長線、平面鏡所成的像、像與物之間的連線）要畫虛線；
3．光線要標箭頭，同時注意箭頭的方向；
4．如光源、物點、像點有對應符號、字母的要標上；
5．法線與鏡面或界面垂直，像與物之間的連線與鏡面垂直，垂直要畫垂足符號；
6．務必記住凸透鏡的三條特殊光線，利用特殊光線可以畫出凸透鏡成像光路圖。
三、相關知識點：
光線：用一條帶箭頭的直線表示（箭頭代表傳播方向，直線代表光沿直線傳播）。
光的傳播：光在同種均勻介質中沿直線傳播。
實像：是一個明亮的區域，因為實像是由實際光線匯聚而成的；
影子：是一個陰暗的區域，因為光線透不過去，在不透明物體后面形成的。
1．實像與虛像
區別：（1）能不能用光屏承接。實像能，虛像不能。
（2）是不是由實際光線匯聚而成。實像是，虛像不是。（虛像只能用肉眼看到，它是由實際光線的反向延長線交匯而成）
（3）像的特點是不是一定是倒立的。實像是，虛像不是。
2．光的反射
反射現象中的術語：
一點：入射點O（是指光線射到反射面上的一點）
兩角：入射角（指入射光線與法線之間的夾角）
反射角（指反射光線與法線之間的夾角）
三線：入射光線（指射到物體表面的光線）
反射光線（指被物體反射出的光線）
法線（指垂直于鏡面的虛線）
反射定律：三線同面，法線居中，兩角相等。
即：①反射光線、入射光線和法線在同一平面上；②反射光線、入射光線分居法線的兩側；③反射角等于入射角。注意因果關系，入射決定了反射，應把反射敘述在前面。
關于光的反射定律，應掌握以下幾點：
（1）一條反射光射只對應一條入射光線
（2）入射光線垂直于反射面時，入射角為0°，反射角為0°，三線重合，但方向相反。
（3）在反射現象中，入射角的取值范圍：0°≤入射角<90°，入射角只有在這個范圍內，才發生反射現象。
（4）反射角隨著入射角的增大而增大，減小而減小，但始終等于入射角。
（5）法線不僅過入射點與界面垂直，而且還是入射光線與反射光線之間夾角的平分線。
（6）在光的反射現象中，光路是可逆的
3．平面鏡成像
平面鏡成像特點：等大，等距，垂直，虛像，對稱。
即：①像與物大小相等；②像與物到鏡面的距離相等；③像與物的連線與鏡面垂直；④物體在平面鏡里所成的像是虛像（正立的、等大的）；⑤像與物關于鏡面對稱
平面鏡成像原理：光的反射定律。
4．光的折射
光的折射：光從一種介質斜射入另一種介質時，傳播方向一般發生變化的現象。
光的折射定律：三線同面，法線居中，空氣中角大。
即：⑴折射光線、入射光線和法線在同一平面內；⑵折射光線、入射光線分居法線兩側；⑶①光從空氣斜射入水或其他透明介質中時，折射角小于入射角，折射光線向法線靠攏；②光從水或其他透明介質斜射入空氣中時，折射角大于入射角，折射光線遠離法線。
斜射時，總是空氣中的角大，不論空氣中的角是入射角還是折射角。
當光垂直射到兩種介質的分界面時，光的傳播方向不變，仍沿直線進行，此時折射角與入射角相等，都為0°。
在光的折射現象中，還應注意以下幾點：
（1）折射角隨著入射角的增大而增大，減小而減小，但不成正比關系；
（2）在折射現象中，光路也是可逆的。若將光沿原折射光線的方向入射，其折射光線將沿原入射光線的方向射出。
（3）在敘述折射規律時，注意因果關系，入射決定了折射，應把折射敘述在前面。
5．透鏡成像的規律
凸透鏡也叫會聚透鏡，如老花鏡；凹透鏡也叫發散透鏡，如近視鏡。
透鏡所涉及的幾個光學名詞：
焦點（F）：平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后會聚在主光軸上一點（經凹透鏡折射后要發散，折射光線的反向延長線相交在主軸上一點），這一點叫透鏡的焦點。
焦距：焦點到光心的距離，叫焦距，用f表示。
物距：物體到透鏡光心的距離，用u表示。
像距：光屏上的像到透鏡的距離，用v表示。
凸透鏡的三條特殊光線：
（1）平行于主光軸的光線，經凸透鏡折射后，折射光線過對側焦點；
（2）過焦點的光線，經凸透鏡折射后，平行于主光軸射出；
（3）過光心的光線，傳播方向不改變。
凹透鏡的三條特殊光線：
（1）平行于主光軸的光線，經凹透鏡折射后，折射光線的反向延長線過同側焦點；
（2）延長線過焦點的入射光線，經凹透鏡折射后，折射光線平行于主光軸射出；
（3）過光心的光線，傳播方向不改變。
掌握三條特殊的入射光線，經過透鏡折射后的折射光線的特點是光學透鏡光路作圖的重要方法
考點1 光的反射
【例1】小明和同學們到湖邊春游，看到樹木在湖水中的“倒影”很漂亮，他通過湖面看到樹木的點的光路圖如圖所示，正確的是　　
A．
B．
C．
D．
【答案】
【分析】平靜的水面映出岸上樹木的倒影是利用平面鏡成像，平面鏡成像的特點：成正立、等大的虛像，像與物體關于平面鏡對稱。
【解答】解：看到水中“樹木”屬于平面鏡成像，平面鏡成像原理是光的反射，所成的像是反射光線的反向延長線的會聚點，不是實際光線的會聚點，所以成的是虛像，而圖光線從水中發出，圖中光線由眼睛處發出，故錯誤，正確。
故選：。
1．（2023 襄陽）畫出圖中入射光線的反射光線。
【答案】見解答圖。
【分析】根據反射定律進行作圖，即根據反射角等于入射角作出反射光線。
【解答】解：入射光線與法線的夾角叫入射角，反射光線與法線的夾角叫反射角，根據反射角等于入射角作出反射光線，如圖所示：
2．（2023 吉林三模）如圖所示，是一幅蘇州水鄉風景圖。下列能正確反映岸上游人看到水中石拱橋像的光路圖是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】水中石拱橋的像是石拱橋在水中的倒影，屬于平面鏡成像，其原理是光的反射，據此分析。
【解答】解：石拱橋反射的光線斜射到水面時，發生反射，反射光線進入人眼，人眼會逆著折射光線看到水中石拱橋像，故選項錯誤、正確。
故選：。
3．（2023 高港區二模）有時因為黑板“反光”會導致前排靠墻的同學看不清黑板上的字。如圖所示，點表示同學的眼睛，是發生這種現象時的一條反射光線請在圖中作出的入射光線并標出入射角的度數。
【答案】
【分析】根據反射定律：反射光線、入射光線和法線在同一平面內，反射光線、入射光線分居法線兩側，反射角等于入射角，作出入射光線，入射角是入射光線與法線的夾角；反射角是反射光線與法線的夾角。
【解答】解：點表示被“晃”人的眼睛，是發生這種現象時的一條反射光線，可知反射角為，可得入射角也為，在法線上側畫出入射光線，反射角等于入射角為，如圖所示：
考點2 平面鏡成像
【例2】（2022秋 唐縣期末）如圖所示平面鏡成像圖正確的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】平面鏡成像是初中重點考查的內容，像和物關于平面鏡對稱，可以通過軸對稱的方法來作圖和判定。
【解答】解：把像與物上對應的點連接，符合平面鏡成像特點的應該是：連線與鏡面垂直，對應點到鏡面的距離相等，根據這兩條判斷出選項符合。
故選：。
1．（2022秋 寧德期末）平面鏡沿水平方向以大小不變的速度移向點光源，運動中鏡面始終保持與運動方向垂直（如圖所示），則在鏡中的像移動速度的大小和方向是　　
A．以速度水平向左移動 B．以速度水平向右移動
C．以速度水平向左移動 D．以速度水平向右移動
【分析】平面鏡成像的特點：像和物體各對應點到平面鏡間距離相等，像和物體各對應點的連線與平面鏡垂直，由此可知物接近鏡面的速度等于像接近鏡面的速度。
【解答】解：如圖所示，過點作出像點，
（1）沿水平方向以大小不變的速度移向點光源，設經過時間后，平面鏡移動到點光源，可知；
（2）又因為運動中鏡面始終保持與運動方向垂直，此時點光源在平面鏡上，到鏡面的距離為零，則像到鏡面的距離也為零，像從移動到了，像移動的距離為；
所以在鏡中的像移動速度的大小。
故選：。
2．（2023 臨潼區三模）請在圖中畫出筷子在平面鏡中所成的像。
【答案】
【分析】平面鏡成像的特點是：成虛像、像物大小相等、到平面鏡的距離相等、連線與鏡面垂直、像物關于平面鏡對稱，利用這一對稱性作出的像。
【解答】解：分別作出筷子端點、關于平面鏡的對稱點、，用虛線連接、即為在平面鏡中的像，如圖所示：
3．（2023秋 海門市校級月考）利用平面鏡成像的特點在圖中作出物體在平面鏡中的像，保留作圖痕跡。
【答案】見解答圖
【分析】根據平面鏡成像的特點：物體在平面鏡中成虛像、像與物關于平面鏡對稱，可以先作出物體中端點、的像點、，連接、即為物體在平面鏡中所成的像。
【解答】解：先作出物體兩端點、關于平面鏡的對稱點、，用虛線連接、即為物體的像，如圖所示：
考點3 光的折射
【例3】（2023 肥城市模擬）著名詩人徐志摩在《再別康橋》這首詩中寫道“軟泥上的青荇，油油的在水底招搖”。下列光路圖能正確反映詩人看見水底“青荇”的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】根據光的折射規律分析：折射光線、入射光線、法線在同一平面內，折射光線和入射光線分居法線的兩側，且當光從空氣斜射入水中時，折射角小于入射角。
【解答】解：、光從水中斜射入空氣中時發生折射，折射角大于入射角，故正確、錯誤；
、詩人看見水底“青荇”，是光從水中射入空氣中，、中光線的傳播方向錯誤，故錯誤。
故選：。
1．（2023 德化縣模擬）如圖光路圖能說明人看到筷子插入水杯中時的情形的是　　
A． B．
C． D．
【分析】光從一種介質斜射入另一種介質時，光的傳播方向會發生偏折，這種現象叫光的折射；光從水中斜射入空氣時，傳播方向將遠離法線，折射角大于入射角。
【解答】解：插入水中的筷子，由于筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時發生了折射，傳播方向發生了偏折，遠離法線，折射角大于入射角，所以看到筷子在水中的部分變淺。此時看到的像是筷子的虛像。
、圖中光線沒有發生折射，故錯誤；
、筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時發生了折射，傳播方向發生了偏折，遠離法線，折射角大于入射角，故正確；
、筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時發生了折射，傳播方向發生了偏折，但圖中折射光線靠近法線，折射角小于入射角，故錯誤；
、筷子反射的光線從水中斜射入空氣中時發生了折射，而圖中的光線的傳播方向錯誤，故錯誤。
故選：。
2．（2023 武進區校級二模）將一束單色激光射向長方體玻璃磚，不考慮反射光線，下列光路圖（圖中白色玻璃磚中的折射光線未畫出）中可能正確的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】當光斜射入兩種介質的界面時傳播方向發生偏折的現象叫光的折射現象；這束光進入玻璃時，折射角小于入射角；當光從玻璃進入空氣時，折射角大于入射角；因為玻璃磚兩邊平行，所以這束進入玻璃磚的光線和離開玻璃磚的光線平行。
【解答】解：首先過入射點畫法線；然后根據從空氣進入玻璃時，折射角小于入射角；從玻璃進入空氣時折射角大于入射角作出折射光線，并且進入玻璃磚的光線和離開玻璃磚的光線平行。如圖所示：
對照各圖可知，圖正確。
故選：。
3．（2023 宿遷二模）下列各圖中，能正確表示人眼看到水中硬幣的像的光路圖是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】光從一種介質斜射入另一種介質時，光的傳播方向會發生偏折，這種現象叫光的折射；光從水中斜射入空氣時，傳播方向將遠離法線，折射角大于入射角。
【解答】解：人眼看到水中硬幣是水中硬幣反射的光由水斜射入空氣時，光發生折射后進入人眼，人眼逆著折射光線沿直線看到水中硬幣的像。
、圖中光線由水中斜射入空氣中時沿直線傳播，故錯誤；
、圖中光線由水中斜射入空氣中時發生折射，且折射光線會偏離法線，人看到了硬幣變淺了的虛像，故正確；
、圖中光線是由空氣進入水中的，故錯誤。
故選：。
考點4 凸透鏡成像
【例4】（2023 阜新模擬）如圖所示，由點光源發出的兩條光線射向凹透鏡，畫出兩條光線經過凹透鏡的出射光線。圖中為光心，為焦點。
【答案】
【分析】在作凹透鏡光路圖時，先確定所給的光線的特點再根據透鏡對光的作用來作圖。
【解答】解：平行于主光軸的光線經凹透鏡折射后，其折射光線的反向延長線過焦點；過凹透鏡光心的光線傳播方向不改變。如圖所示：
1．（2023 高臺縣開學）完成圖中的光路圖。
【答案】見解答圖
【分析】在作凸透鏡的光路圖時，先確定所給的光線的特點再根據透鏡的光學特點（三條特殊光線）來作圖。
【解答】解：過凸透鏡光心的光線傳播方向不改變；平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后將過焦點；如圖所示：
2．（2023 灌云縣校級開學）如圖所示，將光路圖補充完整。為光心，為焦點）
【答案】見解答圖
【分析】在作凹透鏡的光路圖時，先確定所給的光線的特點再根據透鏡的光學特點（三條特殊光線）來作圖。
【解答】解：過凹透鏡光心的光線傳播方向不改變；延長線過另一側焦點的光線經凹透鏡折射后將平行于主光軸，如圖所示：
3．（2022秋 奉節縣期末）如圖所示，若是透鏡的焦點，則以下光路圖正確的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】凹透鏡三條特殊光線：①延長線過另一側焦點的光線經凹透鏡折射后將平行于主光軸；②平行于主光軸的光線經凹透鏡折射后，其折射光線的反向延長線過焦點；③過凹透鏡光心的光線傳播方向不改變。
凸透鏡的三條特殊光線：①通過焦點的光線經凸透鏡折射后將平行于主光軸；②平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后將過焦點；③過凹透鏡光心的光線傳播方向不改變。
【解答】解：、過凸透鏡光心的光線經凸透鏡折射后傳播方向不改變，故錯誤；
、平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后將過另一側的焦點，故錯誤；
、平行于主光軸的光線經凹透鏡折射后，其折射光線的反向延長線過焦點，故正確；
、通過凹透鏡焦點的光線，不屬于凹透鏡的特殊光線，折射光線應該變得發散，遠離主光軸，故錯誤。
故選：。

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