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专题09光学作图
一、光学作图的考查形式主要有以下五种：
1．光的反射
2．光的折射
3．平面镜成像
4．透镜的特殊光线
5．凸透镜成像
二、光学作图需注意以下几点：
1．要借助工具（铅笔和直尺），作图要规范；
2．实际光线画实线，不是实际光线（如法线、光线的反向延长线、平面镜所成的像、像与物之间的连线）要画虚线；
3．光线要标箭头，同时注意箭头的方向；
4．如光源、物点、像点有对应符号、字母的要标上；
5．法线与镜面或界面垂直，像与物之间的连线与镜面垂直，垂直要画垂足符号；
6．务必记住凸透镜的三条特殊光线，利用特殊光线可以画出凸透镜成像光路图。
三、相关知识点：
光线：用一条带箭头的直线表示（箭头代表传播方向，直线代表光沿直线传播）。
光的传播：光在同种均匀介质中沿直线传播。
实像：是一个明亮的区域，因为实像是由实际光线汇聚而成的；
影子：是一个阴暗的区域，因为光线透不过去，在不透明物体后面形成的。
1．实像与虚像
区别：（1）能不能用光屏承接。实像能，虚像不能。
（2）是不是由实际光线汇聚而成。实像是，虚像不是。（虚像只能用肉眼看到，它是由实际光线的反向延长线交汇而成）
（3）像的特点是不是一定是倒立的。实像是，虚像不是。
2．光的反射
反射现象中的术语：
一点：入射点O（是指光线射到反射面上的一点）
两角：入射角（指入射光线与法线之间的夹角）
反射角（指反射光线与法线之间的夹角）
三线：入射光线（指射到物体表面的光线）
反射光线（指被物体反射出的光线）
法线（指垂直于镜面的虚线）
反射定律：三线同面，法线居中，两角相等。
即：①反射光线、入射光线和法线在同一平面上；②反射光线、入射光线分居法线的两侧；③反射角等于入射角。注意因果关系，入射决定了反射，应把反射叙述在前面。
关于光的反射定律，应掌握以下几点：
（1）一条反射光射只对应一条入射光线
（2）入射光线垂直于反射面时，入射角为0°，反射角为0°，三线重合，但方向相反。
（3）在反射现象中，入射角的取值范围：0°≤入射角<90°，入射角只有在这个范围内，才发生反射现象。
（4）反射角随着入射角的增大而增大，减小而减小，但始终等于入射角。
（5）法线不仅过入射点与界面垂直，而且还是入射光线与反射光线之间夹角的平分线。
（6）在光的反射现象中，光路是可逆的
3．平面镜成像
平面镜成像特点：等大，等距，垂直，虚像，对称。
即：①像与物大小相等；②像与物到镜面的距离相等；③像与物的连线与镜面垂直；④物体在平面镜里所成的像是虚像（正立的、等大的）；⑤像与物关于镜面对称
平面镜成像原理：光的反射定律。
4．光的折射
光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般发生变化的现象。
光的折射定律：三线同面，法线居中，空气中角大。
即：⑴折射光线、入射光线和法线在同一平面内；⑵折射光线、入射光线分居法线两侧；⑶①光从空气斜射入水或其他透明介质中时，折射角小于入射角，折射光线向法线靠拢；②光从水或其他透明介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，折射光线远离法线。
斜射时，总是空气中的角大，不论空气中的角是入射角还是折射角。
当光垂直射到两种介质的分界面时，光的传播方向不变，仍沿直线进行，此时折射角与入射角相等，都为0°。
在光的折射现象中，还应注意以下几点：
（1）折射角随着入射角的增大而增大，减小而减小，但不成正比关系；
（2）在折射现象中，光路也是可逆的。若将光沿原折射光线的方向入射，其折射光线将沿原入射光线的方向射出。
（3）在叙述折射规律时，注意因果关系，入射决定了折射，应把折射叙述在前面。
5．透镜成像的规律
凸透镜也叫会聚透镜，如老花镜；凹透镜也叫发散透镜，如近视镜。
透镜所涉及的几个光学名词：
焦点（F）：平行于主光轴的光线经凸透镜折射后会聚在主光轴上一点（经凹透镜折射后要发散，折射光线的反向延长线相交在主轴上一点），这一点叫透镜的焦点。
焦距：焦点到光心的距离，叫焦距，用f表示。
物距：物体到透镜光心的距离，用u表示。
像距：光屏上的像到透镜的距离，用v表示。
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，折射光线过对侧焦点；
（2）过焦点的光线，经凸透镜折射后，平行于主光轴射出；
（3）过光心的光线，传播方向不改变。
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，折射光线的反向延长线过同侧焦点；
（2）延长线过焦点的入射光线，经凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴射出；
（3）过光心的光线，传播方向不改变。
掌握三条特殊的入射光线，经过透镜折射后的折射光线的特点是光学透镜光路作图的重要方法
考点1 光的反射
【例1】小明和同学们到湖边春游，看到树木在湖水中的“倒影”很漂亮，他通过湖面看到树木的点的光路图如图所示，正确的是　　
A．
B．
C．
D．
【答案】
【分析】平静的水面映出岸上树木的倒影是利用平面镜成像，平面镜成像的特点：成正立、等大的虚像，像与物体关于平面镜对称。
【解答】解：看到水中“树木”属于平面镜成像，平面镜成像原理是光的反射，所成的像是反射光线的反向延长线的会聚点，不是实际光线的会聚点，所以成的是虚像，而图光线从水中发出，图中光线由眼睛处发出，故错误，正确。
故选：。
1．（2023 襄阳）画出图中入射光线的反射光线。
【答案】见解答图。
【分析】根据反射定律进行作图，即根据反射角等于入射角作出反射光线。
【解答】解：入射光线与法线的夹角叫入射角，反射光线与法线的夹角叫反射角，根据反射角等于入射角作出反射光线，如图所示：
2．（2023 吉林三模）如图所示，是一幅苏州水乡风景图。下列能正确反映岸上游人看到水中石拱桥像的光路图是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】水中石拱桥的像是石拱桥在水中的倒影，属于平面镜成像，其原理是光的反射，据此分析。
【解答】解：石拱桥反射的光线斜射到水面时，发生反射，反射光线进入人眼，人眼会逆着折射光线看到水中石拱桥像，故选项错误、正确。
故选：。
3．（2023 高港区二模）有时因为黑板“反光”会导致前排靠墙的同学看不清黑板上的字。如图所示，点表示同学的眼睛，是发生这种现象时的一条反射光线请在图中作出的入射光线并标出入射角的度数。
【答案】
【分析】根据反射定律：反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，作出入射光线，入射角是入射光线与法线的夹角；反射角是反射光线与法线的夹角。
【解答】解：点表示被“晃”人的眼睛，是发生这种现象时的一条反射光线，可知反射角为，可得入射角也为，在法线上侧画出入射光线，反射角等于入射角为，如图所示：
考点2 平面镜成像
【例2】（2022秋 唐县期末）如图所示平面镜成像图正确的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】平面镜成像是初中重点考查的内容，像和物关于平面镜对称，可以通过轴对称的方法来作图和判定。
【解答】解：把像与物上对应的点连接，符合平面镜成像特点的应该是：连线与镜面垂直，对应点到镜面的距离相等，根据这两条判断出选项符合。
故选：。
1．（2022秋 宁德期末）平面镜沿水平方向以大小不变的速度移向点光源，运动中镜面始终保持与运动方向垂直（如图所示），则在镜中的像移动速度的大小和方向是　　
A．以速度水平向左移动 B．以速度水平向右移动
C．以速度水平向左移动 D．以速度水平向右移动
【分析】平面镜成像的特点：像和物体各对应点到平面镜间距离相等，像和物体各对应点的连线与平面镜垂直，由此可知物接近镜面的速度等于像接近镜面的速度。
【解答】解：如图所示，过点作出像点，
（1）沿水平方向以大小不变的速度移向点光源，设经过时间后，平面镜移动到点光源，可知；
（2）又因为运动中镜面始终保持与运动方向垂直，此时点光源在平面镜上，到镜面的距离为零，则像到镜面的距离也为零，像从移动到了，像移动的距离为；
所以在镜中的像移动速度的大小。
故选：。
2．（2023 临潼区三模）请在图中画出筷子在平面镜中所成的像。
【答案】
【分析】平面镜成像的特点是：成虚像、像物大小相等、到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直、像物关于平面镜对称，利用这一对称性作出的像。
【解答】解：分别作出筷子端点、关于平面镜的对称点、，用虚线连接、即为在平面镜中的像，如图所示：
3．（2023秋 海门市校级月考）利用平面镜成像的特点在图中作出物体在平面镜中的像，保留作图痕迹。
【答案】见解答图
【分析】根据平面镜成像的特点：物体在平面镜中成虚像、像与物关于平面镜对称，可以先作出物体中端点、的像点、，连接、即为物体在平面镜中所成的像。
【解答】解：先作出物体两端点、关于平面镜的对称点、，用虚线连接、即为物体的像，如图所示：
考点3 光的折射
【例3】（2023 肥城市模拟）著名诗人徐志摩在《再别康桥》这首诗中写道“软泥上的青荇，油油的在水底招摇”。下列光路图能正确反映诗人看见水底“青荇”的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】根据光的折射规律分析：折射光线、入射光线、法线在同一平面内，折射光线和入射光线分居法线的两侧，且当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角。
【解答】解：、光从水中斜射入空气中时发生折射，折射角大于入射角，故正确、错误；
、诗人看见水底“青荇”，是光从水中射入空气中，、中光线的传播方向错误，故错误。
故选：。
1．（2023 德化县模拟）如图光路图能说明人看到筷子插入水杯中时的情形的是　　
A． B．
C． D．
【分析】光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向会发生偏折，这种现象叫光的折射；光从水中斜射入空气时，传播方向将远离法线，折射角大于入射角。
【解答】解：插入水中的筷子，由于筷子反射的光线从水中斜射入空气中时发生了折射，传播方向发生了偏折，远离法线，折射角大于入射角，所以看到筷子在水中的部分变浅。此时看到的像是筷子的虚像。
、图中光线没有发生折射，故错误；
、筷子反射的光线从水中斜射入空气中时发生了折射，传播方向发生了偏折，远离法线，折射角大于入射角，故正确；
、筷子反射的光线从水中斜射入空气中时发生了折射，传播方向发生了偏折，但图中折射光线靠近法线，折射角小于入射角，故错误；
、筷子反射的光线从水中斜射入空气中时发生了折射，而图中的光线的传播方向错误，故错误。
故选：。
2．（2023 武进区校级二模）将一束单色激光射向长方体玻璃砖，不考虑反射光线，下列光路图（图中白色玻璃砖中的折射光线未画出）中可能正确的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】当光斜射入两种介质的界面时传播方向发生偏折的现象叫光的折射现象；这束光进入玻璃时，折射角小于入射角；当光从玻璃进入空气时，折射角大于入射角；因为玻璃砖两边平行，所以这束进入玻璃砖的光线和离开玻璃砖的光线平行。
【解答】解：首先过入射点画法线；然后根据从空气进入玻璃时，折射角小于入射角；从玻璃进入空气时折射角大于入射角作出折射光线，并且进入玻璃砖的光线和离开玻璃砖的光线平行。如图所示：
对照各图可知，图正确。
故选：。
3．（2023 宿迁二模）下列各图中，能正确表示人眼看到水中硬币的像的光路图是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向会发生偏折，这种现象叫光的折射；光从水中斜射入空气时，传播方向将远离法线，折射角大于入射角。
【解答】解：人眼看到水中硬币是水中硬币反射的光由水斜射入空气时，光发生折射后进入人眼，人眼逆着折射光线沿直线看到水中硬币的像。
、图中光线由水中斜射入空气中时沿直线传播，故错误；
、图中光线由水中斜射入空气中时发生折射，且折射光线会偏离法线，人看到了硬币变浅了的虚像，故正确；
、图中光线是由空气进入水中的，故错误。
故选：。
考点4 凸透镜成像
【例4】（2023 阜新模拟）如图所示，由点光源发出的两条光线射向凹透镜，画出两条光线经过凹透镜的出射光线。图中为光心，为焦点。
【答案】
【分析】在作凹透镜光路图时，先确定所给的光线的特点再根据透镜对光的作用来作图。
【解答】解：平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点；过凹透镜光心的光线传播方向不改变。如图所示：
1．（2023 高台县开学）完成图中的光路图。
【答案】见解答图
【分析】在作凸透镜的光路图时，先确定所给的光线的特点再根据透镜的光学特点（三条特殊光线）来作图。
【解答】解：过凸透镜光心的光线传播方向不改变；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点；如图所示：
2．（2023 灌云县校级开学）如图所示，将光路图补充完整。为光心，为焦点）
【答案】见解答图
【分析】在作凹透镜的光路图时，先确定所给的光线的特点再根据透镜的光学特点（三条特殊光线）来作图。
【解答】解：过凹透镜光心的光线传播方向不改变；延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴，如图所示：
3．（2022秋 奉节县期末）如图所示，若是透镜的焦点，则以下光路图正确的是　　
A． B．
C． D．
【答案】
【分析】凹透镜三条特殊光线：①延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴；②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点；③过凹透镜光心的光线传播方向不改变。
凸透镜的三条特殊光线：①通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴；②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点；③过凹透镜光心的光线传播方向不改变。
【解答】解：、过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变，故错误；
、平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过另一侧的焦点，故错误；
、平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其折射光线的反向延长线过焦点，故正确；
、通过凹透镜焦点的光线，不属于凹透镜的特殊光线，折射光线应该变得发散，远离主光轴，故错误。
故选：。

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