光學(xué)作用圖很重要　作圖方法有訣竅

胡殿永

用幾何作圖的方法研究光的傳播規(guī)律和解決光的傳播問題是學(xué)習(xí)光學(xué)知識(shí)的重要方法。物理學(xué)家巧妙地用“帶有箭頭的直線”表示光的傳播徑跡和方向，根據(jù)光的直線傳播規(guī)律、光的反射定律、平面鏡成像特點(diǎn)、光的折射規(guī)律，以及透鏡的成像規(guī)律及特點(diǎn)。我們就能畫出各種情況下光的傳播情況。

根據(jù)光的直線傳播規(guī)律作圖

光的直線傳播規(guī)律是指光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。由光的直線傳播規(guī)律產(chǎn)生的現(xiàn)象有小孔成像、影子、日食和月食等，利用光的直線傳播規(guī)律的例子有排隊(duì)、激光準(zhǔn)直、射擊瞄準(zhǔn)等，這些自然現(xiàn)象和生活實(shí)例都可以“畫”出來(lái)，同學(xué)們作圖時(shí)要注意：畫光線必須用直尺（或三角板）作圖，光線要畫成實(shí)線。箭頭方向表示光的傳播方向。

根據(jù)光的反射定律作圖

為了表示發(fā)生反射現(xiàn)象時(shí)反射光的傳播方向。物理學(xué)家引入輔助線——法線，并得出了光的反射定律，即“在反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)；反射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè)：反射角等于入射角”。據(jù)此，根據(jù)平面鏡位置和入射光線（或反射光線）可以畫出反射光線（或入射光線），根據(jù)入射光線和反射光線可以畫H{法線并確定平面鏡位置。同學(xué)們作圖時(shí)要利用直尺（或三角板）和量角器。入射光線和反射光線都要畫成帶箭頭的實(shí)線，法線要畫成虛線，反射角和入射角要畫成等大的角。

例1 如圖1所示。在O點(diǎn)放置一個(gè)平面鏡。使與水平方向成60°角的太陽(yáng)光經(jīng)O點(diǎn)反射后。水平射入窗口P。請(qǐng)你在圖中畫出平面鏡的位置。并標(biāo)出反射角的度數(shù)。

解析：根據(jù)題意可知，陽(yáng)光經(jīng)O點(diǎn)反射后射入窗口P，即知道了反射光線的方向，并可確定反射光線和入射光線的夾角。為180°-60°=120°。作出反射光線和入射光線夾角的角平分線即為法線。作出法線的垂線即為平面鏡所在位置。反射光線和法線的夾角即為反射角，等于60°。

答案：如圖2所示。

根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)作圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)。我們得到了“平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面對(duì)稱”的結(jié)論。如圖3所示。由發(fā)光點(diǎn)S發(fā)出的光。經(jīng)平面鏡反射后進(jìn)人人眼，人由于有光沿直線傳播的經(jīng)驗(yàn)，故會(huì)感覺光是從進(jìn)入人眼的光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)S'發(fā)出的，S'就是S在平面鏡中成的虛像，由反射定律和幾何知識(shí)，我們可以證得SS'垂直于鏡面，且SA=S'A，即S和S'關(guān)于平面鏡對(duì)稱。每個(gè)發(fā)光點(diǎn)成的像都與發(fā)光點(diǎn)關(guān)于平面鏡對(duì)稱。整個(gè)物體所成的像也與物體關(guān)于平面鏡對(duì)稱。作圖時(shí)。為了簡(jiǎn)便起見，同學(xué)們畫一條入射光線和對(duì)應(yīng)的反射光線即可。

該部分作圖題目包括根據(jù)物與像對(duì)稱關(guān)系由物畫像、根據(jù)物與像對(duì)稱關(guān)系畫平面鏡、根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)由像找物、結(jié)合光的反射定律畫入射光線或反射光線等。

根據(jù)光的折射規(guī)律作圖

當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)。傳播方向?qū)l(fā)生改變，如光從空氣斜射入水（或玻璃）中時(shí)，折射角小于入射角。如圖4所示。常見的題型包括根據(jù)光的折射規(guī)律畫發(fā)生一次折射時(shí)的入射（或折射）光線的大致位置、畫連續(xù)發(fā)生兩次折射的光路圖，根據(jù)折射成像原理作圖。結(jié)合光的反射定律或平面鏡成像特點(diǎn)綜合作圖等。

例2 如圖5甲所示，人眼看到斜插入水中的筷子發(fā)生了彎折，請(qǐng)?jiān)趫D5乙中畫出能說(shuō)明這一現(xiàn)象的一條入射光線及對(duì)應(yīng)的折射光線，要求以O(shè)點(diǎn)為入射點(diǎn)。

解析：人眼看到斜插入水中的筷子發(fā)生了彎折，是由光的折射現(xiàn)象造成的。處于水下部分的筷子反射的光在水中傳播。經(jīng)過(guò)水和空氣分界面后進(jìn)入空氣中傳播。由于折射，其傳播方向發(fā)生了改變，光線進(jìn)入人眼。人眼看到的是水下部分筷子的虛像。在筷子的上方。根據(jù)題目要求，畫出能說(shuō)明這一現(xiàn)象的一條入射光線及對(duì)應(yīng)的折射光線即可，要畫成從水中折射入空氣中的光線。

答案：如圖6所示。

根據(jù)透鏡的成像規(guī)律及特點(diǎn)作圖

根據(jù)透鏡的成像規(guī)律及特點(diǎn)作用。包括根據(jù)透鏡對(duì)光線的作用畫折（或入）射光線、根據(jù)透鏡的會(huì)聚或發(fā)散作用填（或畫）透鏡類型、與光的反射結(jié)合綜合作圖、根據(jù)成像的性質(zhì)畫出物體的大致位置及物體的大小、根據(jù)物像關(guān)系確定焦點(diǎn)等，這類題目常根據(jù)透鏡的三條特殊光線作圖。

對(duì)于凸透鏡，通過(guò)光心的光線，其傳播方向不變：平行于主光軸的光線，其折射光線通過(guò)另一側(cè)的焦點(diǎn)：通過(guò)焦點(diǎn)的光線，其折射光線平行于主光軸。對(duì)于凹透鏡。通過(guò)光心的光線，其傳播方向不變：平行于主光軸的光線，其折射光線的反向延長(zhǎng)線過(guò)虛焦點(diǎn)：指向凹透鏡另一側(cè)虛焦點(diǎn)的光線，其折射光線平行于主光軸。

同學(xué)們作圖時(shí)要嚴(yán)格依據(jù)光學(xué)規(guī)律和實(shí)際情況規(guī)范作圖：（1）借助尺規(guī)等工具規(guī)范作圖。（2）實(shí)際光線畫成實(shí)線，輔助線畫成虛線；光線標(biāo)上箭頭，箭頭指向光線傳播方向。（3）法線與界面或鏡面垂直，像與物之間的連線與鏡面垂直，垂直處畫出垂足符號(hào)等。