光學作用復習

劉阿平 李丹

當引入了光線的概念后，我們就以光線為基礎，學習了光在不同介質中傳播時所對應的自然現象、遵循的規律及其應用.同學們所學的光學知識是“幾何光學”的一部分.光的傳播和成像規律不僅可以用文字表述，還可以通過作圖的方法更加簡明地表述出來，下面我們從五個方面來復習光學作圖.

光的直線傳播

光只有在均勻透明的介質中才沿直線傳播.當光通過不均勻的透明介質時其傳播路徑不再是直線.如圖l所示.當光遇到了不透明的介質時無法“通過”，所以就有了小孔成像、影子和視野范圍等現象（或問題）.

倒1 當月亮運動到太陽和地球之間.且三者在一條直線上時，月亮就會遮擋住部分射向地球的太陽光.如圖2所示，當地球處于月亮右側斜線表示的陰影部分時.在地球上就能觀察到日食現象，請畫出能觀察到日全食的區域.并用反方向斜線表示出來.

解析：從太陽上、下兩端向月亮上、下兩端再作兩條光線.并在兩條光線之間的區域畫上反方向斜線，標為A區，剩余斜線區域標為B區，如圖3所示，由圖可以看出：在A區域沒有任何太陽光照射到.所以地球上處于A區域的人會看到日全食;而在B區域，太陽光只被遮擋一部分.地球上在B區域的人看到的是日偏食.

答案：如圖3所示.

光的反射

當光傳播到兩種介質的分界面時.會發生反射并遵守光的反射定律.根據光的反射定律作圖，要遵守“三線共面，法線居中，兩角相等”的規律，

例2 （2019.青島）自行車尾燈的反光原理如圖4所示.請完成反射光路，并標出第二次反射的反射角度數，

解析：首先過入射點0作垂直于反射面的法線（畫虛線）.由題意知入射角為600.根據光的反射定律在法線的另一側作反射角為60°的反射光線，并交另一反射面于0點.再過0點作垂直于反射面的法線（畫虛線），此時的入射角為30°.過D點在法線的另一側作反射角為30°的反射光線.如圖5所示.

答案：如圖5所示.

平面鏡成像

平面鏡成像是光的反射應用中的一個典型例子，從幾何的角度來看，平面鏡成像的特點就是：像與物關于平面鏡是軸對稱的，

利用平面鏡成像特點作圖的關鍵是正確畫出光源（物體）的對稱點（即像點），同時還要注意兩點：（1）平面鏡所成的像是光線的反向延長線相聚而成的，是虛像，所以在作圖時，虛像、光線的反向延長線、物與像的連線都要畫成虛線.（2）物與像的連線與反射面相交處要畫垂直符號，

光的折射

當光從一種介質斜射入另一種介質時.會發生光的折射.在光的折射現象中有“三線共面”的特點，折射角和入射角的大小通常不相等，若一種介質為空氣，則通常是在空氣中的角大一些.

倒3如圖6所示.一個玻璃三棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC. -束紅光平行于BC邊從S點射人三棱鏡，經AB面折射后，又在BC面發生反射，然后恰好從P點折射后射出，請畫出這個傳播過程的光路圖.

解析：過S點作BC的垂線（畫虛線），并找出S點關于BC的對稱點.S，連接S'P（畫虛線）交BC于D點（反射點）.連接SO，即為第一次的折射光線（畫實線并標箭頭方向），連接OP，即為反射光線（也是P點的入射光線，畫實線并標箭頭方向）.過PA作AC的垂線（畫虛線），即法線，根據光的折射規律畫過P點的折射光線，此時折射角大于入射角，如圖7所示.注意：過P點折射后的折射光線平行于BC（你可以根據光的折射規律.通過幾何的方法證明一下）.

答案：如圖7所示，

透鏡成像

凸透鏡對光有會聚作用.凹透鏡對光有發散作用，關于透鏡的作圖大致有以下幾種：根據透鏡對光的作用填（畫）透鏡類型、根據透鏡對光的作用（或透鏡成像特點）畫折（人）射光線、與光的反射結合作圖等.

例4請畫出圖8中a、b兩條光線經過透鏡后的光路圖.

解析：由凸透鏡的三條特殊光線（過光心的光線經凸透鏡后折射光線不改變方向，過焦點的光線經凸透鏡后折射光線平行于主光軸，平行于主光軸的光線經凸透鏡后折射光線過焦點）可知，光線b經凸透鏡后的折射光線平行于主光軸，光線a經過了凸透鏡左側主光軸上的2倍焦距處，根據凸透鏡成像特點（在2倍焦距處的物體經凸透鏡后成倒立、等大的實像，且像距等于物距），可推斷出光線a經過凸透鏡后的折射光線經過右側主光軸上的2倍焦距處.如圖9所示，

答案：如圖9所示.

作圖題是中考的必考題型，而光學作圖題又是中考的重點，在近十年的河南中考作圖題中有7次是光學作圖.通常光學作圖容易出現以下錯誤：（1）光源（或光的傳播方向）不明確，標錯光線箭頭方向.（2）忘記標注光的傳播方向和垂足.（3）法線、光線的反向延長線、虛像、作圖輔助線等沒有畫成虛線.

【本文系2016年度河南省基礎教育教學研究項目重點課題“初中物理實驗設計創新教學的實踐研究”（JCJYB16062507）推廣性成果之一】

責任編輯 蔡年杰