巧用特殊光线解光路作图题透镜三条特殊光线作图

时间：2018-12-28 03:31:18　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　光路作图题历来是作图题的重点内容，综观近年来各地光路作图题都是以基本的反射或折射的光路图为主，同时也出现了一些结合生活实际的光路作图题，让同学们在用光路图去解决实际问题的同时，感受物理知识在实际生活中的应用.而如何作好光路图，其关键在于透彻理解光的反射定律、平面镜成像的特点、光的折射定律及透镜对光线的作用等知识.现重点谈谈如何巧用特殊光线作光路图，以供同学们学习时参考.
　　
　　一、借助法线作光路图
　　
　　例1 如图1所示，AO是入射光线，MN为平面镜，在图1中正确画出反射光线.
　　
　　解析根据入射光线画反射光线或根据反射光线确定入射光线是利用反射规律作光路图的基础题.根据反射定律中的反射角等于入射角.我们注意要先作出法线，然后根据入射角确定反射角，准确作出反射光线.具体画法如图2所示.
　　注解此题前一定要先审题，认清题目给定的是哪条光线，同时最后不要忘记标上箭头．
　　
　　例2 小明用平面镜将一束太阳光反射到竖井中，如图3所示.请在图上作出平面镜的位置，并标出镜面与水平面夹角的度数.
　　解析由光的反射定律中反射角等于入射角可知，反射光线和入射光线的夹角是120°，则反射角和入射角分别是60°，由于法线相当于入射光线和反射光线夹角的角平分线，由此可确定出法线，再作出法线的垂线，即平面镜，注意标明平面镜的正反面.具体画法如图4所示.
　　
　　例3 张华同学在观察一座音乐喷泉后设想，如果在喷泉的水底再设置一些彩灯，当五颜六色的光线从水下射出后能将喷泉勾勒出更加绚丽多彩的情景.如图5所示，MM′为空气与水的界面，设水下装有一盏彩灯S，射出一条光线SA，经平面镜反射后沿BO方向射到界面上的O点，再从O点射出水面.请你在图中画出平面镜的准确位置和光线射出水面后在空气中传播的大致方向.
　　解析根据光的反射定律作图就可准确确定平面镜的位置，按照光的折射现象就可大致画出折射光线射出水面后在空气中的传播方向.延长光线SA、OB相交于C点，即为平面镜的入射点；再作角∠SCO的角平分线CC′，即为法线；过C点作出CC′的垂线就是平面镜的位置.作MM′的垂线即为光折射时的法线，从O点射出水面的折射光线，是由水向空气中折射，所以折射角要大于入射角，作出的光路图如图6所示.
　　
　　二、借助最边缘光线作光路图
　　
　　例4 如图7所示，S为光源，MN为不透光的木板，画出木板右侧光线射不到的区域.（用斜线表示）
　　解析根据光在空气中沿直线传播的规律，确定两条沿不透光的木板最边缘的光线作出如图8所示的光路图，木板右侧光线射不到的区域为斜线区域.
　　
　　例5 如图9所示，M是水平放置且镜面朝下的平面镜，P为竖直挡板，它的左边有一物点S.通过作图表示人在挡板右侧的哪一范围内可以通过平面镜看到S的像.（人所在的范围区域用斜线表示）
　　解析根据平面镜成像特点，像跟物的连线跟镜面垂直，像跟物到镜面的距离相等，因此首先作出物点S关于平面镜M的对称点S′（即为像点），而平面镜所成的虚像具有反射光线反向延长线交于像的性质，从而确定两条最边缘的入射光线及相对应的反射光线，进而确定人所在的范围为斜线区域，所作出的光路图如图10所示.
　　
　　三、借助透过透镜的特殊光线作光路图
　　
　　例6 在图11中，完成光线从左边射向凸透镜折射后，再射向凹透镜折射后的光路.
　　解析本题是依据凸透镜对光线的作用作图.关于透镜的作图主要抓住三条特殊光线.（1）凸透镜的三条特殊光线：①平行于主光轴的光线折射后会聚于焦点；②通过光心的光线传播方向不改变；③通过焦点的光线折射后平行于主光轴射出.（2）凹透镜的三条特殊光线：①平行于主光轴的光线折射后其反向延长线通过焦点；②射向另一侧虚焦点的光线平行于主光轴射出；③通过光心的光线传播方向不变.在图１１中，过凸透镜焦点F1的光线经凸透镜后平行于主轴射出，而平行于主轴的光线经凹透镜后反向延长线过虚焦点F２.所作光路图如图12所示.
　　
　　例7 图13表示射向光心和从凸透镜的两倍焦距射向透镜的光线.请在图中画出它们通过透镜后的光路.（P是与透镜距离等于2倍焦距的位置）
　　解析通过凸透镜光心的光线传播方向不改变.而根据凸透镜成像规律可知，物距等于两倍焦距时，所成像的像距也等于两倍焦距，即物体在P处，所成的像在另一侧P处，作连接AP的光线，所作光路图如图14所示.

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