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专题02 光学作图
一、怎样解利用平面镜成像特点作图的问题
平面镜成像作图有两种方法:
(1)根据光的反射定律作图，应用该方法时，应强调每个点应画两条入射光线和对应的反射光线并注意虚线和实线的位置;其次，虚像要用虚线画。
(2)根据平面镜成像特点作图，这种方法也就是几何对称作图法。
【特别提示】①平面镜成像的原理是光的反射;②反射光线的反向延长线过像点:③我们能够看见物体(或物体的像)是由于物体发出或反射的光进入我们的眼睛;④平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
二、怎样解利用光的折射规律的作图问题
光的折射作图一般有两种，一是已知入射光线作折射光线，二是已知折射光线作入射光线。无论哪一种，在解答时都要特别重视法线的作用，首先要过入射点正确作出法线(虚线，与界面垂直)，其次要看清光是从空气斜射入水(或其他介质)中，还是从水(或其他介质)中斜射入空气中，当光从空气斜射入水(或其他介质)中时折射角小于入射角，当光从水(或其他介质)中斜射入空气中时折射角大于入射角。不论光从空气斜射入其他介质还是光从其他介质斜射入空气，“空气中的角”总是大角。
【特别提示】①光射到两种介质的界面上时光的反射与光的折射同时发生；②光垂直界面入射时，一部分光的传播方向不变，另一部分光沿原路返回；③在光的反射、折射现象中,光路是可逆的。
三、怎样解关于透镜的三条特殊光线的作图问题
作图时要做到：(1)明确透镜的种类，即透镜是凸透镜还是凹透镜；(2)明确光线的种类，是过光心的光线，是平行于主光轴的光线还是过焦点的光线；(3)根据三条特殊光线的传播特点作图。
【特别提示】凸透镜和凹透镜的三条特殊光线：
①过透镜光心的光线传播方向不变。
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线过焦点，经凹透镜折射后折射光线的反向延长线过焦点。
③过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴射出，射向凹透镜另一侧焦点的光线，经凹透镜折射后折射光线平行射出。作图时注意光的传播方向，且光路可逆。
1．如图中为凸透镜，请你在图上作出图中两条光线经过凸透镜后的光路。
【答案】
【解答】解：过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴；平行于主光轴的光线经过凸透镜折射后过焦点，如图所示：
2．如图所示是一条经平面镜反射后的光线，再射向前方的凸透镜。请画出经平面镜反射前的入射光线以及经过凸透镜折射后的折射光线。
【答案】
【解答】解：（1）由图知，主光轴与镜面的夹角为，过入射点垂直于镜面作出法线，则反射角为，入射角也为，根据光的反射定律作出入射光线；
（2）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，其折射光线过焦点，如图所示：
3．如图所示，作出物体在平面镜中所成的像。
【答案】
【解答】解：结合平面镜成像的特点，分别作出物体端点、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：
4．如图所示，两条入射光线分别过凸透镜的焦点和光心，请分别画出经过凸透镜折射后的光线。
【解答】解：过光心的光线折射光线与入射光线在一条直线上，而且方向相同；过焦点的光线折射光线平行于主光轴，
如图所示：
5．如图甲所示，小明发现水塘边竖有一“水深危险”的牌子，可是看起来水很浅啊！请你在图乙中作出能说明该原因的一条光路。
【答案】
【解答】解：站在水面上方看水池底部变浅，是因为池底处反射的光从水中斜射入空气中发生折射，偏离法线，人看起来光是从它的反向延长线点射出，所以会感到水底的位置比实际位置要高一些；如图所示：
故答案为：见解答图。
6．如图所示，人的眼睛观察水中的物体，、分别是物、像的位置。请在图中画出人眼观察物体的光路图。
【答案】
【解答】解：从点发出的光线，在点发生折射，折射角大于入射角，折射光线为射入人眼，折射光线的反向延长线会聚形成虚像；
连接眼睛和点，交水面与点，连接即入射光线即可；如图所示：
故答案为：见解答图。
7．请在图中画出：
①物体在平面镜1中所成的像；
②光线经平面镜2反射后的光线。
【答案】
【解答】解：把平面镜1用虚线延长，分别作出物体端点、关于平面镜的对称点，用虚线连接，即为在平面镜中的像；光线经平面镜2反射后发生反射，在平面镜2的入射点做出法线，根据反射光线与入射光线关于法线对称，画出反射光线，如下图所示：
8．如图所示，凸透镜的主光轴与水面相平，是凸透镜的焦点。经凸透镜折射后，在水面发生了反射和折射，请画出反射光线和折射光线。
【答案】见解答图。
【解答】解：入射光线平行于凸透镜的主光轴，经凸透镜折射后过焦点；
过焦点（入射点）画出法线，根据反射角等于入射角在法线右侧空气中画出反射光线；在法线右侧的水中，根据折射角小于入射角画出折射光线。如图所示：
9．如图所示，家用小轿车的前挡风玻璃都是斜的，这样可以保证行车时，车内景物通过挡风玻璃所成的像在司机前面斜上方避免干扰司机视线，确保驾驶安全。请你在图中画出司机眼睛点）通过挡风玻璃看到车内装饰物点）的像的光路图。
【答案】
【解答】解：作出车内装饰物点）关于平面镜的对称点，即为像点，连接交平面镜于点，连接画出入射光线，沿画出反射光线，如图所示：
10．如图所示，水池边有一路灯，路灯上方有一平面镜，为路面，发出的光经反射后能射入水中。请判断光能照亮水池底的最左侧点（无需作图），然后通过作图确定光能照亮水池底的最右侧点。
【答案】
【解答】解：作出发光点关于平面镜的对称点，即为像点，连接点交平面镜于点，沿画出反射光线交空气和水交界面于点，连接画出入射光线；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，在法线右侧的水中画出折射光线，如图所示：
11．图中，是入射光线的折射光线，画出入射光线的折射光线的大致位置。
【解答】解：
入射光线和，入射角大，所以的折射光线的折射角也较大，应画在和的延长线之间，如图所示：
12．如图所示，一条光线从空气斜射入玻璃，请画出反射光线和大致的折射光线。
【答案】
【解答】解：先过入射点画出法线，根据光的反射规律可知，反射角等于入射角，反射光线与入射光线分居法线两侧，据此在法线下侧的空气中画出反射光线；
光从空气斜射入玻璃中，折射角小于入射角，折射光线与入射光线分居法线两侧，据此在法线下侧的玻璃中画出折射光线，如图所示：
13．早在2000多年前，我国古人就能“削冰向日取火”，即用冰磨成一种透镜，让太阳光透过它点燃柴草取火，如图甲所示。请在图乙中画出光线经冰透镜后的折射光线和光线对应的入射光线点为透镜的光心，为透镜的两个焦点）。
【答案】
【解答】解：根据平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点作出光线经冰透镜后的折射光线；根据通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴作出光线对应的入射光线。如图所示：
14．按要求作图（请保留作图痕迹）
如图所示，为平面镜后不透光的木板，请画出箭头在平面镜中所成的像。
【答案】
【解答】解：平面镜成像是由光的反射形成的，不透光的木板在平面镜后，不会遮挡反射光，所以箭头在平面镜中能成完整的像；
根据平面镜成像的特点，先作出箭头两端点、关于平面镜的对称点、，再用虚线连接、，即为箭头在平面镜中所成的像，如图所示：
15．请画出图中光线从空气斜射入玻璃中时折射光线的大致位置。
【答案】见解答图。
【解答】解：由图可知，虚像为法线，根据入射光线、折射光线分居法线两侧，入射角大于折射角，在法线下侧的空气中画出入射光线即可，如图所示：
故答案为：见解答图。
16．如图所示，光线是发光点射向平面镜后的一条反射光线，并平行于主光轴入射到凹透镜上，’为像点。请画出：（1）发光点的位置。（2）光线的入射光线。（3）光线经过凹透镜后的折射光线。
【答案】
【解答】解：（1）由平面镜成像特点知，像与物关于平面镜对称，据此作出发光点；
（2）连接发光点与反射点的连线，即为光线的入射光线；
（3）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，据此作出光线经过凹透镜后的折射光线。如图所示：
17．如图所示，根据平面镜成像特点，作出物体在平面镜中的像。
【答案】
【解答】解：先作出两端点、对应的像点、，再用虚线连接，即为在平面镜中的像，故作图如下：
18．有一光源，它发出一条光射向凸透镜，为其经凸透镜折射后平行于主光轴射出的光线。请补全光路，标出凸透镜左侧的焦点。
【答案】
【解答】解：根据通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴可知，射向凸透镜的光线与主光轴的交点为凸透镜左侧的焦点，如图所示：
19．完成如图所示的光路图。
【答案】
【解答】解：通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点。如图所示：
20．“坐井观天”出自韩愈《原道》：“坐井而观天，曰天小者，非天小也。”如图甲所示一只青蛙在枯井底向外张望，请你在图乙中画出青蛙眼睛点）通过井口能看到最大范围的两条光线。
【答案】见解答图。
【解答】解：图中点是青蛙的位置，将点与井口左右两边的端点相连成一直线，然后在直线上标出箭头，即得到两条射向青蛙眼睛的光线，这两条光线就决定了青蛙的观察范围。如图所示：
故答案为：见解答图。
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专题02 光学作图
一、怎样解利用平面镜成像特点作图的问题
平面镜成像作图有两种方法:
(1)根据光的反射定律作图，应用该方法时，应强调每个点应画两条入射光线和对应的反射光线并注意虚线和实线的位置;其次，虚像要用虚线画。
(2)根据平面镜成像特点作图，这种方法也就是几何对称作图法。
【特别提示】①平面镜成像的原理是光的反射;②反射光线的反向延长线过像点:③我们能够看见物体(或物体的像)是由于物体发出或反射的光进入我们的眼睛;④平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
二、怎样解利用光的折射规律的作图问题
光的折射作图一般有两种，一是已知入射光线作折射光线，二是已知折射光线作入射光线。无论哪一种，在解答时都要特别重视法线的作用，首先要过入射点正确作出法线(虚线，与界面垂直)，其次要看清光是从空气斜射入水(或其他介质)中，还是从水(或其他介质)中斜射入空气中，当光从空气斜射入水(或其他介质)中时折射角小于入射角，当光从水(或其他介质)中斜射入空气中时折射角大于入射角。不论光从空气斜射入其他介质还是光从其他介质斜射入空气，“空气中的角”总是大角。
【特别提示】①光射到两种介质的界面上时光的反射与光的折射同时发生；②光垂直界面入射时，一部分光的传播方向不变，另一部分光沿原路返回；③在光的反射、折射现象中,光路是可逆的。
三、怎样解关于透镜的三条特殊光线的作图问题
作图时要做到：(1)明确透镜的种类，即透镜是凸透镜还是凹透镜；(2)明确光线的种类，是过光心的光线，是平行于主光轴的光线还是过焦点的光线；(3)根据三条特殊光线的传播特点作图。
【特别提示】凸透镜和凹透镜的三条特殊光线：
①过透镜光心的光线传播方向不变。
②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线过焦点，经凹透镜折射后折射光线的反向延长线过焦点。
③过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴射出，射向凹透镜另一侧焦点的光线，经凹透镜折射后折射光线平行射出。作图时注意光的传播方向，且光路可逆。
1．如图中为凸透镜，请你在图上作出图中两条光线经过凸透镜后的光路。
2．如图所示是一条经平面镜反射后的光线，再射向前方的凸透镜。请画出经平面镜反射前的入射光线以及经过凸透镜折射后的折射光线。
3．如图所示，作出物体在平面镜中所成的像。
4．如图所示，两条入射光线分别过凸透镜的焦点和光心，请分别画出经过凸透镜折射后的光线。
5．如图甲所示，小明发现水塘边竖有一“水深危险”的牌子，可是看起来水很浅啊！请你在图乙中作出能说明该原因的一条光路。
6．如图所示，人的眼睛观察水中的物体，、分别是物、像的位置。请在图中画出人眼观察物体的光路图。
7．请在图中画出：
①物体在平面镜1中所成的像；
②光线经平面镜2反射后的光线。
8．如图所示，凸透镜的主光轴与水面相平，是凸透镜的焦点。经凸透镜折射后，在水面发生了反射和折射，请画出反射光线和折射光线。
9．如图所示，家用小轿车的前挡风玻璃都是斜的，这样可以保证行车时，车内景物通过挡风玻璃所成的像在司机前面斜上方避免干扰司机视线，确保驾驶安全。请你在图中画出司机眼睛点）通过挡风玻璃看到车内装饰物点）的像的光路图。
10．如图所示，水池边有一路灯，路灯上方有一平面镜，为路面，发出的光经反射后能射入水中。请判断光能照亮水池底的最左侧点（无需作图），然后通过作图确定光能照亮水池底的最右侧点。
11．图中，是入射光线的折射光线，画出入射光线的折射光线的大致位置。
12．如图所示，一条光线从空气斜射入玻璃，请画出反射光线和大致的折射光线。
13．早在2000多年前，我国古人就能“削冰向日取火”，即用冰磨成一种透镜，让太阳光透过它点燃柴草取火，如图甲所示。请在图乙中画出光线经冰透镜后的折射光线和光线对应的入射光线点为透镜的光心，为透镜的两个焦点）。
14．按要求作图（请保留作图痕迹）
如图所示，为平面镜后不透光的木板，请画出箭头在平面镜中所成的像。
15．请画出图中光线从空气斜射入玻璃中时折射光线的大致位置。
16．如图所示，光线是发光点射向平面镜后的一条反射光线，并平行于主光轴入射到凹透镜上，’为像点。请画出：（1）发光点的位置。（2）光线的入射光线。（3）光线经过凹透镜后的折射光线。
17．如图所示，根据平面镜成像特点，作出物体在平面镜中的像。
18．有一光源，它发出一条光射向凸透镜，为其经凸透镜折射后平行于主光轴射出的光线。请补全光路，标出凸透镜左侧的焦点。
19．完成如图所示的光路图。
20．“坐井观天”出自韩愈《原道》：“坐井而观天，曰天小者，非天小也。”如图甲所示一只青蛙在枯井底向外张望，请你在图乙中画出青蛙眼睛点）通过井口能看到最大范围的两条光线。
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