光学作图【光学作图题归类透视】

  1 光的反射   作图要点:   (1)物、像关于平面镜对称;   (2)平面镜是物点和像点连线的垂直平分线;   (3)反射角等于入射角,法线是反射光线和入射光线夹角的角平分线,且法线与镜面垂直,平面镜成像时,所有反射光线的反向延长线一定经过镜后的像。
  
  1.1 确定平面镜和反射光线的位置
  例1 如图1所示,S′为点光源S在平面镜MN中的像,SA为光源S发出的一条光线,请画出平面镜MN,并完成光线SA的光路。
  分析 本题关键是根据平面镜成像的对称性,即像与物体的连线与平面镜垂直,像与物体到镜面的距离相等,连接SS′并作其中垂线就是平面镜的位置(如图2所示),其它问题迎刃而解。
  
  作图方法:
  (1)连接发光点s和像点s′;
  (2)作SS′的垂直平分线,即为平面镜的位置;
  (3)连接S′A(A为入射光线与镜面的交点即为入射点),向前延伸作光线,则这条光线为入射光线SA的反射光线(如图2所示)。
  
  1.2 确定像、物的位置
  例2 如图3所示,平面镜上方有一竖直挡板P,AB和CD是挡板左侧点光源S发出的经平面镜反射后的两条光线,在AB和CD之间的区域内可以看到这一发光点S在平面镜中的像S′,试在图中找出挡板左侧这个发光点的位置。
  解析 反向延长AB和CD相交于S′,则S′就是这个发光点S的虚像。过S′点向平面镜作垂线,垂足于O并延长至S,使OS等于S′O,由平面镜成像的特点可知,S点就是所求发光点的位置(如图4)。
  
  2 光的折射规律
  作图要点:
  (1)凸透镜对光线有会聚作用;凹透镜对光线有发散作用。
  (2)光从空气斜射入其它介质,折射角小于入射角;反之,则折射角大于入射角。
  (3)三条特殊光线:光线通过凸透镜时有三条特殊光线,第一条是从平行凸透镜主轴射过来,则出射光线经过凸透镜的另一侧的焦点;第二条是经过凸透镜焦点的光线射向凸透镜后,出射光线将平行于主轴;第三条是经过光心的光线射向凸透镜后仍沿原方向传播。
  
  2.1 根据折射规律作图
  例3 如图5所示是上、下表面平行的玻璃砖,一束光从空气斜射到玻璃砖的上表面,这束光从玻璃砖的下表面透射后的光路图是怎样的?
  
  
  解析 光在上表面是从空气斜射入玻璃,根据光的折射规律可知这时折射角Υ小于入射角i;同理,在下表面时,光是从玻璃斜射入空气,由于上、下表面平行,因此,入射角等于Υ,根据光路可逆原理,这时折射角应等于i,所以透射光平行于入射光,并向左侧移动了一段距离。光路图如图6所示。
  
  2.2 根据特殊光线作图
  例4 图7中S为点光源,S′为点光源的像,图中所画直线为凸透镜主轴,作出凸透镜及凸透镜的焦点。
  
  分析 先由第三条特殊光线定光心,再根据凸透镜主轴概念、光心位置画凸透镜;然后运用第一条特殊光线,过S点作主轴平行线交凸透镜于A点,连接S′A,交主轴于点F1,点F1即为凸透镜的一个焦点;过S′作主轴平行线交凸透镜主轴于B点,连SB交主轴于点F2,点F2为凸透镜的另一焦点(如图8所示)。
  
  3 作图注意事项:
  (1)要借助工具作图,作图一定要规范
  (2)是实际光线画实线,不是实际光线画虚线。
  (3)光线要带箭头,光线与光线之间要连接好,不要断开。
  (4)作光的反射或折射光路图时,应先在入射点作出法线(虚线),然后根据反射角与入射角或折射角与入射角的关系作出光线。
  
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