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考点09光学作图
1．理解光的反射规律。 2．了解平面镜成像特点。 3．理解光的折射定律。 4．通过实验探究凸透镜成像规律。
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
【母题1】（真题来源：徐州）按要求作图：高楼玻璃幕墙会造成光污染。如图所示，一束阳光射到玻璃上，请画出它的反射光线。 【分析】要解答此题，需要掌握光的反射定律的内容：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法线的两侧，反射角等于入射角；可归纳为：“三线共面，两线分居，两角相等”。 【解答】解：过入射点垂直于镜面画出法线，根据光的反射定律可知反射角等于入射角，且反射光线在法线的另一侧，据此在法线的下侧画出反射光线，要注意标出反射光线的方向，如下图所示：
1．（真题来源：威海）如图所示，激光笔从点发出激光，在平面镜上留下一个红色亮点，请画出激光入射到镜面和离开镜面后的径迹。
【分析】根据光的反射定律、平面镜成像的特点作图。
【解答】解：
画法1：依据光的定律作图：首先画出法线，连接，作出入射光线，根据反射角等于入射角作出反射光线，如图所示：
画法2：利用平面镜成像的特点和原理作图：过点作平面镜的垂线并延长等长的距离，作出的像，连接并延长，作出反射光线，然后作出入射光线，如图所示：
2．（真题来源：潍坊）如图所示，水池边有一路灯，路灯上方有一平面镜，发出的光
能经反射后射入水中，请画出：
（1）在平面镜中所成的像；
（2）经反射后过点的反射光线；
（3）照射到水池底的光路图。
【分析】（1）利用平面镜成像的特点：像与物关于平面镜对称，作出发光点的像点；
（2）根据反射光线反向延长通过像点，可以由像点和点确定反射光线所在的直线，从而画出反射光线；
（3）根据光的折射规律画出照射到水池底的光路图。
【解答】解：（1）作出发光点关于平面镜的对称点，即为像点；
（2）连接点交平面镜于点，沿画出反射光线，连接画出入射光线；
（3）首先过入射点画出法线，然后根据折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角，在法线的水中画出折射光线，如图所示：
3．（真题来源：黔西南州）阳光与水平面成角射向地面，用平面镜使阳光竖直射入井底，在图中画出平面镜的位置，并标明反射角的度数。
【分析】首先根据反射光线的方向（竖直向下）作出反射光线的大致位置，反射光线和入射光线夹角的角平分线就是法线的位置，画出法线，然后根据法线与平面镜垂直的关系画出平面镜，标明反射角的度数。
【解答】解：因为太阳光竖直射入深井内，所以反射光线竖直向下，画出法线，过入射点画出法线的垂线，即平面镜的位置；因入射光线与水平面成，而反射光线是竖直向下的，所以入射光线与反射光线的夹角为，则入射角、反射角为．如图所示：
【母题2】（真题来源：东营）如图所示，是发光点，请画出在平面镜中的像的位置，并画出由点发出经平面镜反射后通过点的光路图。 【分析】根据反射光线好像是从发光点的虚像上发出的作图，先作发光点关于平面镜的对称点，然后连接，与镜面的交点即入射点，连接即可。 【解答】解：先作发光点关于平面镜的对称点，然后连接，与镜面的交点即入射点，连接即可。如图所示：
1．（真题来源：南通）如图，物体正立在平面镜前，请作出物体在平面镜中所成的像。
【分析】平面镜成像特点是：像与物关于平面镜对称，可以先做出物体、端点的像点、，连接、即为物体在平面镜中所成的像。
【解答】解：先做出物体、端点的像点、，连接、即为物体在平面镜中所成的像，如下图所示：
2．（真题来源：丹东）如图甲所示，用跳棋子完成“探究平面镜成像的特点”的实验后，小辉偶然发现在镜前某一角度，棋子的像恰好被棋子 “挡住”了；图乙为该场景的简图，图中为小辉眼睛的位置，请根据平面镜成像的特点完成符合题意的光路图。
【分析】平面镜成像的特点是：像物大小相等、到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直、左右互换，即像物关于平面镜对称，据此分析作图。
【解答】解：先作出棋子在平面镜中的像，由于被棋子挡住了，所以在同一直线上，连接，与平面镜的交点为入射点，连接，则为入射光线，为反射光线，如图所示：
3．（真题来源：阜新）小丽站在落地镜前看到了自己的全身像。根据平面镜成像特点，画出她的眼睛通过平面镜看到自己右脚上点像的光路图。
【分析】根据平面镜成像的特点可知，物与像关于镜面对称，首先作出物点的像点的，连接，与镜面的交点为入射点，再画出入射光线。
【解答】解：作出物点的像点的，连接，与镜面的交点为入射点，再连接，即入射光线，为反射光线。如下图所示：
【母题3】（真题来源：巴中）如图中已标出了反射光线，请画出对应的入射光线和折射光线的大致方向。 【分析】一束光线由空气斜射到水面时，既要发生反射，又要发生折射，反射角等于入射角，折射角小于入射角。 【解答】解：先过折射点垂直水面作出法线，根据反射角等于入射角，在法线左侧的空气中画出入射光线，方向指向入射点，然后再根据折射角小于入射角在水中法线的右侧画出折射光线，如图所示：
1．（真题来源：遵义）某同学用激光笔照射玻璃砖探究光学规律时，观察到光在玻璃砖中的传播路径，如图所示。请画出入射光线的反射光线和折射光线的大致位置。
【分析】（1）光的反射定律：反射光线、入射光线、法线在同一个平面内，反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角；
（2）光的折射规律：折射光线、入射光线、法线在同一个平面内，折射光线与入射光线分居法线两侧，光由玻璃斜射入空气中时，折射光线远离法线，折射角大于入射角。
【解答】解：先过入射点垂直于界面作出法线，根据反射角等于入射角在玻璃中法线的上侧作出反射光线；
光由玻璃砖斜射入空气中时，折射光线远离法线，折射角大于入射角，据此在空气中法线的上侧作出折射光线，如图所示：
2．（真题来源：滨州）一条光线从水中斜射入空气中时，其反射光线如图所示。请在图中画出入射光线、折射光线的大致位置并标出入射角的度数。
【分析】根据反射角等于入射角作出入射光线；
根据光由水中斜射进入空气中时，折射光线远离法线偏折，折射角大于入射角，画出大致的入射光线。
【解答】解：由图可知，反射光线与水面的夹角为，则反射角等于，则入射角等于，根据反射角等于入射角，在法线右侧，水面下画出入射光线；
从入射点在法线左侧的空气中画出折射光线，注意折射角大于入射角，如图所示：
3．（真题来源：菏泽）在防溺水教育活动中，老师告诉学生，池塘里水的实际深度比看起来的深度要大，不能贸然下水游泳。如图为解释这一现象的情景，其中为水底的物体，是岸边儿童看到的的像。请你在图中作出过点的入射光线和折射光线。
【分析】水底的物体反射的光线从水中进入空气时发生折射，折射光线向水面偏折，人逆着折射光线看去，看到的池底位置比实际位置高，池底看起来比实际位置浅。
【解答】解：水底的物体反射出的光，在水面处发生了折射，折射角大于入射角，人认为光是沿直线传播的，所以逆着折射光线看上去，看到的是点，连接眼睛与点即为折射光线，连接即为入射光线，如图所示：
【母题4】（真题来源：江阴市期中）请在图中画出物体的像的大概位置。注：要能正确反映像的大小、正倒和虚实，但不需要画光线图。 【分析】物距小于焦距，凸透镜成虚像时，物像在凸透镜的同侧，虚像是正立、放大的，物距小于像距。根据这个规律画出虚像。 【解答】解：由图可知，物距小于焦距（或物体放在焦点以内），凸透镜成正立、放大的虚像，物距小于像距，据此画出物体的像的大概位置。如图所示。
1．如图所示，在探究“凸透镜成像规律”的实验中，将蜡烛放在位置时，观测到在位置成倒立、缩小的实像。若把蜡烛移到位置，试作图找出蜡烛通过透镜的成像位置。
【分析】要解决此题，需要掌握三条特殊的光线：平行于主光轴的光线通过凸透镜后会聚于焦点；过光心的方向不变；从焦点发出的光线，过凸透镜后平行于主光轴。
要知道由物体经过凸透镜的光线会聚到像点。
【解答】解：从物体的顶端做平行于主光轴的光线，过凸透镜后经过焦点而会聚到像点。
由的顶端发出过光心的光线，传播方向不变。
从物体的顶端做平行主光轴的光线，折射后过焦点，再从的顶端做过光心的光线，这两条折射光线的反向延长线的交点就是像的位置，如图所示：
2．（真题来源：岳池县模拟）如图所示，是透镜的焦点，、是两条入射光线，平行于主光轴，过透镜中心。请作出、光线通过透镜之后的光路图。
【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来作图。
【解答】解：
平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点；过光心的光线经凸透镜折射后传播方向不改变，由此作出、光线通过透镜之后的光路，如图所示：
3．如图所示，投影仪胶片上发光点发出一条光线，经凸透镜折射和平面镜的反射后，水平射到屏幕上。请你完成该光路，并标出凸透镜下方焦点的位置。
【分析】已知反射光线和镜面的夹角可知反射角，根据反射角等于入射角可画出入射光线，此时的入射光线是发光点发出一条光线，经凸透镜折射后的折射光线，因此光线与主光轴平行，则入射光线过凸透镜的焦点，据此画图。
【解答】解：已知反射光线和镜面的夹角为，则反射角为，过反射点做出法线，根据反射光线与入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，在法线的下侧做出入射光线，此时的入射光线是发光点发出一条光线经凸透镜折射后的折射光线，因此光线与主光轴平行，连接点与折射点，即为入射到凸透镜的入射光线，此入射光线与主光轴的交点即为凸透镜下方焦点的位置，如图所示：

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