初中物理專題──光學(xué)作圖.doc

初中物理專題光學(xué)作圖在初中物理中光學(xué)作圖涉及到四種類型：1、有關(guān)光沿直線傳播的概念和應(yīng)用2、光的反射定律和平面鏡成像規(guī)律的作圖及應(yīng)用3、光的折射定律及透鏡的作圖和應(yīng)用4、凸透鏡成像規(guī)律及其應(yīng)用知識點(diǎn)分析一、光的反射光的反射定律：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在法線的兩側(cè)；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：折射光線與入射光線、法線在同一平面上；折射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；折射角大于、小于或等于入射角；光的折射中光路是可逆的。光的折射定律的內(nèi)容、作圖、應(yīng)用及其與光的反射定律的異同。（1）相同點(diǎn)折射光線和反射光線都位于入射光線和法線決定的平面內(nèi)。折射光線和反射光線均分居法線的兩側(cè)。當(dāng)入射角變化時(shí)，折射角和反射角都隨之變化。在折射和反射現(xiàn)象中，光路都是可逆的。（2）不同點(diǎn)反射光線與對應(yīng)的入射光線在同種介質(zhì)中；折射光線與對應(yīng)的入射光線在兩種不同介質(zhì)中，位于界面的兩側(cè)。反射角等于入射角，但折射角一般不等于入射角，并且當(dāng)光從空氣斜射入其他介質(zhì)中時(shí)，折射角小于入射角，而光從其他介質(zhì)斜射入空氣中時(shí)，折射角大于入射角。三、透鏡透鏡的分類：凸透鏡、凹透鏡。凸透鏡：中間厚，邊緣薄，有雙凸、平凸、凹凸三種，如右圖所示；凸透鏡對光有會聚作用。凹透鏡：中間薄，邊緣厚，有雙凹、平凹、凸凹三種，如右圖所示；凹透鏡對光有發(fā)散作用。凸透鏡成像規(guī)律：規(guī)律1：當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí)，則像距在1倍焦距和2倍焦距之間，成倒立、縮小的實(shí)像。此時(shí)像距小于物距，像比物小，物像異側(cè)。應(yīng)用：照相機(jī)、攝像機(jī)。規(guī)律2：當(dāng)物距等于2倍焦距時(shí)，則像距也在2倍焦距， 成倒立、等大的實(shí)像。此時(shí)物距等于像距，像與物大小相等，物像異側(cè)。規(guī)律3：當(dāng)物距小于2倍焦距、大于1倍焦距時(shí)，則像距大于2倍焦距， 成倒立、放大的實(shí)像。此時(shí)像距大于物距，像比物大，物像異側(cè)。應(yīng)用：投影儀、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)。規(guī)律4：當(dāng)物距等于1倍焦距時(shí)，則不成像，成平行光射出。規(guī)律5：當(dāng)物距小于1倍焦距時(shí)，則成正立、放大的虛像。此時(shí)像距大于物距，像比物大，物像同側(cè)。應(yīng)用：放大鏡。四、平面鏡作圖題解題指導(dǎo)（一）作圖依據(jù)的原理1、光的反射定律：（1）反射光線與入射光線、法線在同一平面上；（2）反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)；（3）反射角等于入射角。2、平面鏡成像的特點(diǎn)：（1）平面鏡所成的像和物體到鏡面的距離相等；（2）像與物體的大小相等；（3）像與物體的連線與鏡面垂直；（4）像與物左右相反；（5）成虛像。（二）作圖的規(guī)范化要求1、平面鏡的反射面和非反射面不能混淆，平面鏡的非反射面要畫上短斜線。2、實(shí)際光線（入射光線和反射光線）要畫成實(shí)線，并用箭頭表示光行進(jìn)的方向。實(shí)物用實(shí)線表示。3、虛像、法線和光的反向延長線要用虛線表示。4、為了表示實(shí)物和虛像的對稱點(diǎn)，實(shí)物和虛像都要標(biāo)上箭頭或字母。5、要符合光的反射定律和平面鏡成像的特點(diǎn)。（三）平面鏡作圖題的類型和解法1、確定平面鏡的位置（1）根據(jù)入射光線和反射光線位置確定平面鏡的位置：找到入射光線和反射光線及其交點(diǎn)。畫法線。根據(jù)光的反射定律知，反射角等于入射角，所以反射光線與入射光線的角平分線即為法線。畫平面鏡。平面鏡與法線垂直。（2）根據(jù)像與物的位置確定平面鏡的位置將像與物的對應(yīng)點(diǎn)連接（虛線）。作此虛線的垂直平分線，即平面鏡的位置。在平面鏡的一側(cè)畫上短斜線。2、確定平面鏡所成像的位置（1）根據(jù)反射光線位置確定像的位置畫出物體上一點(diǎn)發(fā)出的任意兩條光線，并分別劃出反射光線。將反射光線延長，并找到交點(diǎn)，交點(diǎn)即為物體上那點(diǎn)的像。（2）根據(jù)像與物到平面鏡的距離相等確定像的位置在物上取任意兩點(diǎn)A、B分別過這兩點(diǎn)作到平面鏡的垂線，并延長。在延長線上取點(diǎn)A到平面鏡的距離與A到平面鏡的距離相等。同理找到B點(diǎn)。根據(jù)這兩個(gè)對應(yīng)點(diǎn)的位置就可以大致畫出像的形狀和位置了，如果還畫不出來，可以多選幾個(gè)對應(yīng)點(diǎn)。3、確定物的位置（1）根據(jù)反射定律分別作出反射光線對應(yīng)的入射光線。這兩條直線的交點(diǎn)即入射光線的交點(diǎn)，為發(fā)光點(diǎn)S的位置。（2）可利用反射光線先確定像的位置，再由像確定物的位置。五、巧解時(shí)鐘問題 “在平面鏡中看到時(shí)鐘的指針如圖所示，那么此時(shí)是什么時(shí)刻？”對此問題許多同學(xué)感到有一定困難。解法一：“反看正讀法”從題目紙的背面看圖，采用常規(guī)的讀數(shù)方法，容易讀出此刻為11:35。解法二：“正看逆讀法” 按逆時(shí)針方向讀數(shù)，圖上的數(shù)字也相應(yīng)按逆時(shí)針方向從小到大排列，不難讀出此時(shí)為11:35。（如圖一所示）解法三：“十二扣除法” 將時(shí)鐘上的時(shí)間按常規(guī)讀法讀出時(shí)間后，再從十二中減去這個(gè)時(shí)刻即為實(shí)際時(shí)刻，如圖二所示：常規(guī)讀法時(shí)間為0:25，則實(shí)際時(shí)間為12:00-0:25=11:35。解法四：“對稱法” 平面鏡成像特點(diǎn)之一是像與物左右顛倒，因此可以根據(jù)軸對稱圖形的性質(zhì)得出結(jié)論，即該時(shí)刻為11:35。六、透鏡的三條特殊光路圖凸透鏡的三條特殊光線（1）平行于主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后，經(jīng)過焦點(diǎn)F；（2）經(jīng)過焦點(diǎn)F的光線經(jīng)凸透鏡折射后，平行于主光軸；（3）經(jīng)過光心的光線，其傳播方向不變。凹透鏡的三條特殊光線（1）平行于主光軸的光線經(jīng)凹透鏡折射后，其反向延長線經(jīng)過焦點(diǎn)F；（2）射向另一側(cè)焦點(diǎn)F的光線經(jīng)凹透鏡折射后，平行于主光軸；（3）經(jīng)過光心的光線，其傳播方向不變。典型例題類型：平面鏡作圖例1、如圖所示，入射光線AO與平面鏡MM的夾角是30，如果保持入射光線不動，使平面鏡繞入射點(diǎn)O逆時(shí)針轉(zhuǎn)動10角時(shí)，則反射光線和入射光線的夾角是（ ） A. 增加20 B. 增加10 C. 減小20 D. 減小10 解析：當(dāng)平面鏡沒有轉(zhuǎn)動時(shí)，入射角為60，反射角也是60，反射光線與入射光線的夾角是120。當(dāng)平面鏡逆時(shí)針轉(zhuǎn)動10時(shí)，入射光線與平面鏡的夾角為40，那么入射角就是50，反射角也是50，此時(shí)反射光線與入射光線的夾角就是100 ，與平面鏡轉(zhuǎn)動前相比較減少20，故C選項(xiàng)正確例2、太陽光與水平面成45角，照射到地面上，為了使光線成水平照到右邊的墻上，地面上的平面鏡與水平面應(yīng)成多大的角度？首先畫水平面，以虛線BB表示；畫帶箭頭的入射光線AO交BB于O；根據(jù)題意，反射光線應(yīng)沿BB，畫帶箭頭的實(shí)線OB表示，則AOB=180-45=135；作AOB的平分線EO，則i=r=1352=67.5；作EO的垂線MN，即平面鏡鏡面位置。此時(shí)鏡面與水平面的夾角NOB=NOE-r=90-67.5=22.5。例3、在圖2中，S為發(fā)光點(diǎn)S在平面鏡中的像點(diǎn)，在圖中畫出平面鏡的位置。 解答：根據(jù)平面鏡成像規(guī)律中“像和物的連線跟鏡面垂直，它們到鏡面的距離相等”這一特點(diǎn)，S和S的連線的垂直平分線即為平面鏡鏡面位置（如圖2）。 例4、如圖3所示，AB是物體AB在平面鏡中所成的像。請你在圖中畫出平面鏡的位置。并用短斜線標(biāo)出平面鏡的背面（保留確定平面鏡位置的有關(guān)線段）。 解答：本題是將例3的像點(diǎn)S換成了像AB、物點(diǎn)S換成了實(shí)物AB。其作圖方法一樣，只需將物AB與像AB的任一對稱點(diǎn)（比如B、B）連接起來再作BB的垂直平分線（MN）即可。例5、某發(fā)光點(diǎn)S發(fā)出的兩條光線經(jīng)平面鏡反射后分別沿O1A和O2B方向射出，根據(jù)平面鏡成像規(guī)律，在圖4中畫出發(fā)光點(diǎn)S的位置。具體步驟： 解1：根據(jù)光的反射定律，由O1A、O2B這兩條反射光線可分別作出與它們相應(yīng)的入射光線所在的直線，這兩條直線的交點(diǎn)即入射光線的交點(diǎn)，也即為發(fā)光點(diǎn)S的位置。具體步驟： 作平面鏡的法線O1M和O2N； 用鉛筆作入射光線所在直線O1S1和O2S2，其交點(diǎn)S即為發(fā)光點(diǎn)的位置；最后由S向O1和O2作帶箭頭的入射光線SO1和SO2（如圖5）。 解2：將兩條反射光線O1A和O2B用虛線反向延長，相交于S，S即為像點(diǎn)的位置；作出S關(guān)于鏡面的對稱點(diǎn)S，S即為發(fā)光點(diǎn)的位置，過S點(diǎn)補(bǔ)畫入射光線SO1及SO2（如圖6）。例6、根據(jù)平面鏡成像的特點(diǎn)，在圖7中畫出物體AB在平面鏡MN中所成的像。 解答：如圖8所示，從A點(diǎn)任選兩條入射光線作出它們的反射光線及反射光線延長線的交點(diǎn)A，A即是A在平面鏡中的像；用同樣的方法作出B在平面鏡中的像B；用虛線連接A、B，并在A上加一個(gè)箭頭，此時(shí)的AB即為AB在平面鏡中的像。例7、用作圖法在圖9中作出人眼（A）通過平面鏡MN所能觀察到的范圍。 解答：過平面鏡兩端點(diǎn)M、N作法線；畫反射光線MA和NA；根據(jù)反射角等于入射角畫出入射光線CM與BN，CB即為人眼能觀察到的范圍。類型：透鏡作圖1、畫入射光線或折射光線例1、在圖1的甲、乙兩圖中畫出經(jīng)過透鏡的折射光線。解題指導(dǎo)：主要根據(jù)透鏡對光線的作用，畫出相應(yīng)的光線，特別掌握幾種特殊的光線：平行于凸透鏡主光軸的光線經(jīng)過透鏡折射后會聚在焦點(diǎn)上。過凸透鏡焦點(diǎn)的光線經(jīng)透鏡折射后平行射出。平行于凸透鏡主光軸的光線經(jīng)過透鏡折射后發(fā)散，將其反向延長過虛焦點(diǎn)。入射光線的延長線經(jīng)過另一側(cè)的虛焦點(diǎn)，則光線經(jīng)凹透鏡后，折射光線平行射出。經(jīng)過透鏡光心的光線，方向不變。根據(jù)圖1中入射光線的特點(diǎn)，很容易畫出折射光線。（如圖2所示）2、根據(jù)入射光線和折射光線，確定透鏡類型例2、如圖3所示，請你填上合適的透鏡。解題指導(dǎo)：首先要比較折射光線與入射光線，若折射光線比入射光線更加會聚，則一定是凸透鏡；反之，就是凹透鏡。怎樣理解凸透鏡對光束的會聚作用呢？先假設(shè)沒有透鏡，則光應(yīng)沿直線傳播如圖4中C1、C2所示，實(shí)際光線雖沒有會聚在一起，但仍比原來靠近很多，表明透鏡對光線起到會聚作用。所以不能根據(jù)經(jīng)透鏡折射的光線是否相交來判定透鏡的類型。所謂的會聚作用是指折射光線比入射光線更加向主光軸偏折；發(fā)散作用是指折射光線比入射光線更加遠(yuǎn)離主光軸。所以在圖3中應(yīng)填上凸透鏡。3、黑盒子問題例3、在圖5的方框內(nèi)有一個(gè)透鏡，已知單箭頭的出射光線與單箭頭的入射光線對應(yīng)，雙箭頭的出射光線與雙箭頭的入射光線相對應(yīng)，在圖中適當(dāng)位置填入所用的透鏡。解題指導(dǎo)：先將對應(yīng)的光線連接起來形成光路，再進(jìn)一步判定透鏡對光線起會聚還是發(fā)散作用。從圖6中可以看出入射光線經(jīng)過焦點(diǎn)后成發(fā)散光束，而經(jīng)過透鏡的折射后成平行光束，折射光線比入射光線靠近主光軸。所以這是個(gè)凸透鏡，透鏡在光線發(fā)生偏折的位置上。練習(xí)題（1）要借助工具作圖，作圖一定要規(guī)范。（2）是實(shí)際光線畫實(shí)線，不是實(shí)際光線畫虛線。（3）光線要帶箭頭，光線與光線之間要連接好，不要斷開。（4）作光的反射或折射光路圖時(shí)，應(yīng)先在入射點(diǎn)作出法線（虛線），然后根據(jù)反射角與入射角或折射角與入射角的關(guān)系作出光線。一、光的反射定律作圖1、作出下列各圖的入射光線（或反射光線、鏡面）2、小明用平面鏡將一束太陽光反射到豎井底（如圖所示），請?jiān)趫D上作出平面鏡的位置。二、根據(jù)平面鏡成像的特點(diǎn)作圖3、根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)畫出鏡中的像（或鏡前的物體）。AB三、根據(jù)平面鏡成像的原理作圖4、根據(jù)平面鏡成像的原理作出發(fā)光點(diǎn)S在平面鏡中的像。5、如下左圖所示，畫出發(fā)光點(diǎn)S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后過圖中P點(diǎn)的光路圖。6、如下中圖所示，S為點(diǎn)光源S在平面鏡MN中的像，SA為光源S發(fā)出的一條光線，請畫出平面鏡MN，并完成光線SA的光路。7、如下右兩圖是光源S經(jīng)平面鏡反射的兩條光線，請畫圖確定光源位置，并完成光路圖。四、根據(jù)光的拆射定律作圖（記住在空氣中的角大于在其它介質(zhì)中的角）8、作出下列各圖的入射光線（或折射光線）?？諝馑諝獠Ａ?、如下圖所示，玻璃水缸底部C點(diǎn)處有一塊小雨花石，人眼在A點(diǎn)看到雨花石在B點(diǎn)，要使從A點(diǎn)射出來的一束極細(xì)的激光能照到缸底的雨花石上，請畫出光路圖。10、如上中圖所示，束光射向三棱鏡，畫出這束光兩次折射的大致光路。11、如上右圖所示，一束光線斜射向一塊玻璃磚的側(cè)面。請畫出光線進(jìn)入玻璃磚的折射光線和從玻璃磚的另一側(cè)面射出時(shí)的折射光線。12、畫出下左圖中的反射、折射光路。13、將一平面鏡斜放在裝有水的水槽中，有一束光線垂直射向水面，如下右圖所示，請畫出這束光線在水中行進(jìn)最后射出水面的光路圖。 五、根據(jù)光的直線傳播作圖14、畫出物體經(jīng)過小孔后在光屏上成的像，是_(填“正立”或“倒立”)的_(填“實(shí)相”或“虛像”)。15、請你在兩個(gè)黑箱中分別填入合適的鏡面，并將光路補(bǔ)充完整。 16、如圖所示。已知入射光線射到平面鏡上，畫出反射光線。17、如圖所示。已知兩塊平面鏡夾角是60，當(dāng)入射光線與其中一塊鏡面的夾角是30時(shí)，畫出這條光線在兩鏡間的反射光線。18、如圖所示中的箭頭AB，表示平面鏡前的物體，利用平面鏡成像的規(guī)律畫出AB的像AB的位置。19、如圖所示是一個(gè)簡易的潛望鏡，當(dāng)一條光線射入潛望鏡后發(fā)生兩次反射，請完成光路圖。20、A、B是一條入射光線，射到如圖所示甲、乙的方框內(nèi)，在方框內(nèi)適當(dāng)位置放兩塊平面鏡，使入射光線反射后可沿CD射出，請畫出平面鏡的位置。21、如圖所示，在地面上豎直豎立一長桿AB，圖中帶箭頭的線是一束照到地面的太陽光，請作出長桿AB在地面上的影子。22、如圖所示，一條光線斜射到厚玻璃板上，試畫出光線經(jīng)過玻璃板上、下兩個(gè)表面產(chǎn)生的折射光線的示意圖。23、一束光線AO從玻璃斜射到玻璃和空氣分界面上，如下左圖所示，請?jiān)趫D中作出該束光線在界面上的反射光線和折射光線的大致光路。24、 一束光線從空氣射至空氣和水的界面上，如下中圖所示，試在圖上畫出反射光線，并大致畫出折射光線。25、如上右圖，光從某種透明的物體射入空氣，已知入射角為30，折射角與入射角兩者相差15，請你畫出它的折射光線，并把折射角的度數(shù)標(biāo)在圖上。26、光在玻璃與空氣的界面上發(fā)生反射和折射，光路如圖所示，光線OC方向已知。(1) 在圖中標(biāo)明玻璃與空氣的界面MN。(2) 標(biāo)明另兩條光線的方向。(3) 標(biāo)出界面兩側(cè)的物質(zhì)名稱。27、如下左圖所示，S1、S2是發(fā)光點(diǎn)，AB是擋板，試作出屏幕上光完全照不到的地方。28、如下中圖所示，ab是兩個(gè)發(fā)光點(diǎn)，人從某個(gè)方向觀察，發(fā)現(xiàn)兩點(diǎn)的像重合起來了，試確定這個(gè)方向。29、如上右圖，S1是發(fā)光點(diǎn)經(jīng)平面鏡所