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考點09光學作圖
1．理解光的反射規律。 2．了解平面鏡成像特點。 3．理解光的折射定律。 4．通過實驗探究凸透鏡成像規律。
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
【母題1】（真題來源：徐州）按要求作圖：高樓玻璃幕墻會造成光污染。如圖所示，一束陽光射到玻璃上，請畫出它的反射光線。 【分析】要解答此題，需要掌握光的反射定律的內容：反射光線與入射光線、法線在同一平面上，反射光線和入射光線分居法線的兩側，反射角等于入射角；可歸納為：“三線共面，兩線分居，兩角相等”。 【解答】解：過入射點垂直于鏡面畫出法線，根據光的反射定律可知反射角等于入射角，且反射光線在法線的另一側，據此在法線的下側畫出反射光線，要注意標出反射光線的方向，如下圖所示：
1．（真題來源：威海）如圖所示，激光筆從點發出激光，在平面鏡上留下一個紅色亮點，請畫出激光入射到鏡面和離開鏡面后的徑跡。
【分析】根據光的反射定律、平面鏡成像的特點作圖。
【解答】解：
畫法1：依據光的定律作圖：首先畫出法線，連接，作出入射光線，根據反射角等于入射角作出反射光線，如圖所示：
畫法2：利用平面鏡成像的特點和原理作圖：過點作平面鏡的垂線并延長等長的距離，作出的像，連接并延長，作出反射光線，然后作出入射光線，如圖所示：
2．（真題來源：濰坊）如圖所示，水池邊有一路燈，路燈上方有一平面鏡，發出的光
能經反射后射入水中，請畫出：
（1）在平面鏡中所成的像；
（2）經反射后過點的反射光線；
（3）照射到水池底的光路圖。
【分析】（1）利用平面鏡成像的特點：像與物關于平面鏡對稱，作出發光點的像點；
（2）根據反射光線反向延長通過像點，可以由像點和點確定反射光線所在的直線，從而畫出反射光線；
（3）根據光的折射規律畫出照射到水池底的光路圖。
【解答】解：（1）作出發光點關于平面鏡的對稱點，即為像點；
（2）連接點交平面鏡于點，沿畫出反射光線，連接畫出入射光線；
（3）首先過入射點畫出法線，然后根據折射光線和入射光線分居法線兩側，折射角小于入射角，在法線的水中畫出折射光線，如圖所示：
3．（真題來源：黔西南州）陽光與水平面成角射向地面，用平面鏡使陽光豎直射入井底，在圖中畫出平面鏡的位置，并標明反射角的度數。
【分析】首先根據反射光線的方向（豎直向下）作出反射光線的大致位置，反射光線和入射光線夾角的角平分線就是法線的位置，畫出法線，然后根據法線與平面鏡垂直的關系畫出平面鏡，標明反射角的度數。
【解答】解：因為太陽光豎直射入深井內，所以反射光線豎直向下，畫出法線，過入射點畫出法線的垂線，即平面鏡的位置；因入射光線與水平面成，而反射光線是豎直向下的，所以入射光線與反射光線的夾角為，則入射角、反射角為．如圖所示：
【母題2】（真題來源：東營）如圖所示，是發光點，請畫出在平面鏡中的像的位置，并畫出由點發出經平面鏡反射后通過點的光路圖。 【分析】根據反射光線好像是從發光點的虛像上發出的作圖，先作發光點關于平面鏡的對稱點，然后連接，與鏡面的交點即入射點，連接即可。 【解答】解：先作發光點關于平面鏡的對稱點，然后連接，與鏡面的交點即入射點，連接即可。如圖所示：
1．（真題來源：南通）如圖，物體正立在平面鏡前，請作出物體在平面鏡中所成的像。
【分析】平面鏡成像特點是：像與物關于平面鏡對稱，可以先做出物體、端點的像點、，連接、即為物體在平面鏡中所成的像。
【解答】解：先做出物體、端點的像點、，連接、即為物體在平面鏡中所成的像，如下圖所示：
2．（真題來源：丹東）如圖甲所示，用跳棋子完成“探究平面鏡成像的特點”的實驗后，小輝偶然發現在鏡前某一角度，棋子的像恰好被棋子 “擋住”了；圖乙為該場景的簡圖，圖中為小輝眼睛的位置，請根據平面鏡成像的特點完成符合題意的光路圖。
【分析】平面鏡成像的特點是：像物大小相等、到平面鏡的距離相等、連線與鏡面垂直、左右互換，即像物關于平面鏡對稱，據此分析作圖。
【解答】解：先作出棋子在平面鏡中的像，由于被棋子擋住了，所以在同一直線上，連接，與平面鏡的交點為入射點，連接，則為入射光線，為反射光線，如圖所示：
3．（真題來源：阜新）小麗站在落地鏡前看到了自己的全身像。根據平面鏡成像特點，畫出她的眼睛通過平面鏡看到自己右腳上點像的光路圖。
【分析】根據平面鏡成像的特點可知，物與像關于鏡面對稱，首先作出物點的像點的，連接，與鏡面的交點為入射點，再畫出入射光線。
【解答】解：作出物點的像點的，連接，與鏡面的交點為入射點，再連接，即入射光線，為反射光線。如下圖所示：
【母題3】（真題來源：巴中）如圖中已標出了反射光線，請畫出對應的入射光線和折射光線的大致方向。 【分析】一束光線由空氣斜射到水面時，既要發生反射，又要發生折射，反射角等于入射角，折射角小于入射角。 【解答】解：先過折射點垂直水面作出法線，根據反射角等于入射角，在法線左側的空氣中畫出入射光線，方向指向入射點，然后再根據折射角小于入射角在水中法線的右側畫出折射光線，如圖所示：
1．（真題來源：遵義）某同學用激光筆照射玻璃磚探究光學規律時，觀察到光在玻璃磚中的傳播路徑，如圖所示。請畫出入射光線的反射光線和折射光線的大致位置。
【分析】（1）光的反射定律：反射光線、入射光線、法線在同一個平面內，反射光線與入射光線分居法線兩側，反射角等于入射角；
（2）光的折射規律：折射光線、入射光線、法線在同一個平面內，折射光線與入射光線分居法線兩側，光由玻璃斜射入空氣中時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角。
【解答】解：先過入射點垂直于界面作出法線，根據反射角等于入射角在玻璃中法線的上側作出反射光線；
光由玻璃磚斜射入空氣中時，折射光線遠離法線，折射角大于入射角，據此在空氣中法線的上側作出折射光線，如圖所示：
2．（真題來源：濱州）一條光線從水中斜射入空氣中時，其反射光線如圖所示。請在圖中畫出入射光線、折射光線的大致位置并標出入射角的度數。
【分析】根據反射角等于入射角作出入射光線；
根據光由水中斜射進入空氣中時，折射光線遠離法線偏折，折射角大于入射角，畫出大致的入射光線。
【解答】解：由圖可知，反射光線與水面的夾角為，則反射角等于，則入射角等于，根據反射角等于入射角，在法線右側，水面下畫出入射光線；
從入射點在法線左側的空氣中畫出折射光線，注意折射角大于入射角，如圖所示：
3．（真題來源：菏澤）在防溺水教育活動中，老師告訴學生，池塘里水的實際深度比看起來的深度要大，不能貿然下水游泳。如圖為解釋這一現象的情景，其中為水底的物體，是岸邊兒童看到的的像。請你在圖中作出過點的入射光線和折射光線。
【分析】水底的物體反射的光線從水中進入空氣時發生折射，折射光線向水面偏折，人逆著折射光線看去，看到的池底位置比實際位置高，池底看起來比實際位置淺。
【解答】解：水底的物體反射出的光，在水面處發生了折射，折射角大于入射角，人認為光是沿直線傳播的，所以逆著折射光線看上去，看到的是點，連接眼睛與點即為折射光線，連接即為入射光線，如圖所示：
【母題4】（真題來源：江陰市期中）請在圖中畫出物體的像的大概位置。注：要能正確反映像的大小、正倒和虛實，但不需要畫光線圖。 【分析】物距小于焦距，凸透鏡成虛像時，物像在凸透鏡的同側，虛像是正立、放大的，物距小于像距。根據這個規律畫出虛像。 【解答】解：由圖可知，物距小于焦距（或物體放在焦點以內），凸透鏡成正立、放大的虛像，物距小于像距，據此畫出物體的像的大概位置。如圖所示。
1．如圖所示，在探究“凸透鏡成像規律”的實驗中，將蠟燭放在位置時，觀測到在位置成倒立、縮小的實像。若把蠟燭移到位置，試作圖找出蠟燭通過透鏡的成像位置。
【分析】要解決此題，需要掌握三條特殊的光線：平行于主光軸的光線通過凸透鏡后會聚于焦點；過光心的方向不變；從焦點發出的光線，過凸透鏡后平行于主光軸。
要知道由物體經過凸透鏡的光線會聚到像點。
【解答】解：從物體的頂端做平行于主光軸的光線，過凸透鏡后經過焦點而會聚到像點。
由的頂端發出過光心的光線，傳播方向不變。
從物體的頂端做平行主光軸的光線，折射后過焦點，再從的頂端做過光心的光線，這兩條折射光線的反向延長線的交點就是像的位置，如圖所示：
2．（真題來源：岳池縣模擬）如圖所示，是透鏡的焦點，、是兩條入射光線，平行于主光軸，過透鏡中心。請作出、光線通過透鏡之后的光路圖。
【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來作圖。
【解答】解：
平行于主光軸的光線經凸透鏡折射后將過焦點；過光心的光線經凸透鏡折射后傳播方向不改變，由此作出、光線通過透鏡之后的光路，如圖所示：
3．如圖所示，投影儀膠片上發光點發出一條光線，經凸透鏡折射和平面鏡的反射后，水平射到屏幕上。請你完成該光路，并標出凸透鏡下方焦點的位置。
【分析】已知反射光線和鏡面的夾角可知反射角，根據反射角等于入射角可畫出入射光線，此時的入射光線是發光點發出一條光線，經凸透鏡折射后的折射光線，因此光線與主光軸平行，則入射光線過凸透鏡的焦點，據此畫圖。
【解答】解：已知反射光線和鏡面的夾角為，則反射角為，過反射點做出法線，根據反射光線與入射光線分居法線兩側，反射角等于入射角，在法線的下側做出入射光線，此時的入射光線是發光點發出一條光線經凸透鏡折射后的折射光線，因此光線與主光軸平行，連接點與折射點，即為入射到凸透鏡的入射光線，此入射光線與主光軸的交點即為凸透鏡下方焦點的位置，如圖所示：

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