巧用特殊光線解光路作圖題

光路作圖題歷來(lái)是作圖題的重點(diǎn)內(nèi)容，綜觀近年來(lái)各地光路作圖題都是以基本的反射或折射的光路圖為主，同時(shí)也出現(xiàn)了一些結(jié)合生活實(shí)際的光路作圖題，讓同學(xué)們?cè)谟霉饴穲D去解決實(shí)際問(wèn)題的同時(shí)，感受物理知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用.而如何作好光路圖，其關(guān)鍵在于透徹理解光的反射定律、平面鏡成像的特點(diǎn)、光的折射定律及透鏡對(duì)光線的作用等知識(shí).現(xiàn)重點(diǎn)談?wù)勅绾吻捎锰厥夤饩€作光路圖，以供同學(xué)們學(xué)習(xí)時(shí)參考.

一、借助法線作光路圖

例1 如圖1所示，AO是入射光線，MN為平面鏡，在圖1中正確畫(huà)出反射光線.

解析 根據(jù)入射光線畫(huà)反射光線或根據(jù)反射光線確定入射光線是利用反射規(guī)律作光路圖的基礎(chǔ)題.根據(jù)反射定律中的反射角等于入射角.我們注意要先作出法線，然后根據(jù)入射角確定反射角，準(zhǔn)確作出反射光線.具體畫(huà)法如圖2所示.

注 解此題前一定要先審題，認(rèn)清題目給定的是哪條光線，同時(shí)最后不要忘記標(biāo)上箭頭．

例2 小明用平面鏡將一束太陽(yáng)光反射到豎井中，如圖3所示.請(qǐng)?jiān)趫D上作出平面鏡的位置，并標(biāo)出鏡面與水平面夾角的度數(shù).

解析 由光的反射定律中反射角等于入射角可知，反射光線和入射光線的夾角是120°，則反射角和入射角分別是60°，由于法線相當(dāng)于入射光線和反射光線夾角的角平分線，由此可確定出法線，再作出法線的垂線，即平面鏡，注意標(biāo)明平面鏡的正反面.具體畫(huà)法如圖4所示.

例3 張華同學(xué)在觀察一座音樂(lè)噴泉后設(shè)想，如果在噴泉的水底再設(shè)置一些彩燈，當(dāng)五顏六色的光線從水下射出后能將噴泉勾勒出更加絢麗多彩的情景.如圖5所示，MM′為空氣與水的界面，設(shè)水下裝有一盞彩燈S，射出一條光線SA，經(jīng)平面鏡反射后沿BO方向射到界面上的O點(diǎn)，再?gòu)腛點(diǎn)射出水面.請(qǐng)你在圖中畫(huà)出平面鏡的準(zhǔn)確位置和光線射出水面后在空氣中傳播的大致方向.

解析 根據(jù)光的反射定律作圖就可準(zhǔn)確確定平面鏡的位置，按照光的折射現(xiàn)象就可大致畫(huà)出折射光線射出水面后在空氣中的傳播方向.延長(zhǎng)光線SA、OB相交于C點(diǎn)，即為平面鏡的入射點(diǎn)；再作角∠SCO的角平分線CC′，即為法線；過(guò)C點(diǎn)作出CC′的垂線就是平面鏡的位置.作MM′的垂線即為光折射時(shí)的法線，從O點(diǎn)射出水面的折射光線，是由水向空氣中折射，所以折射角要大于入射角，作出的光路圖如圖6所示.

二、借助最邊緣光線作光路圖

例4 如圖7所示，S為光源，MN為不透光的木板，畫(huà)出木板右側(cè)光線射不到的區(qū)域.（用斜線表示）

解析 根據(jù)光在空氣中沿直線傳播的規(guī)律，確定兩條沿不透光的木板最邊緣的光線作出如圖8所示的光路圖，木板右側(cè)光線射不到的區(qū)域?yàn)樾本€區(qū)域.

例5 如圖9所示，M是水平放置且鏡面朝下的平面鏡，P為豎直擋板，它的左邊有一物點(diǎn)S.通過(guò)作圖表示人在擋板右側(cè)的哪一范圍內(nèi)可以通過(guò)平面鏡看到S的像.（人所在的范圍區(qū)域用斜線表示）

解析 根據(jù)平面鏡成像特點(diǎn)，像跟物的連線跟鏡面垂直，像跟物到鏡面的距離相等，因此首先作出物點(diǎn)S關(guān)于平面鏡M的對(duì)稱點(diǎn)S′（即為像點(diǎn)），而平面鏡所成的虛像具有反射光線反向延長(zhǎng)線交于像的性質(zhì)，從而確定兩條最邊緣的入射光線及相對(duì)應(yīng)的反射光線，進(jìn)而確定人所在的范圍為斜線區(qū)域，所作出的光路圖如圖10所示.

三、借助透過(guò)透鏡的特殊光線作光路圖

例6 在圖11中，完成光線從左邊射向凸透鏡折射后，再射向凹透鏡折射后的光路.

解析 本題是依據(jù)凸透鏡對(duì)光線的作用作圖.關(guān)于透鏡的作圖主要抓住三條特殊光線.（1）凸透鏡的三條特殊光線：①平行于主光軸的光線折射后會(huì)聚于焦點(diǎn)；②通過(guò)光心的光線傳播方向不改變；③通過(guò)焦點(diǎn)的光線折射后平行于主光軸射出.（2）凹透鏡的三條特殊光線：①平行于主光軸的光線折射后其反向延長(zhǎng)線通過(guò)焦點(diǎn)；②射向另一側(cè)虛焦點(diǎn)的光線平行于主光軸射出；③通過(guò)光心的光線傳播方向不變.在圖１１中，過(guò)凸透鏡焦點(diǎn)F1的光線經(jīng)凸透鏡后平行于主軸射出，而平行于主軸的光線經(jīng)凹透鏡后反向延長(zhǎng)線過(guò)虛焦點(diǎn)F２.所作光路圖如圖12所示.

例7 圖13表示射向光心和從凸透鏡的兩倍焦距射向透鏡的光線.請(qǐng)?jiān)趫D中畫(huà)出它們通過(guò)透鏡后的光路.（P是與透鏡距離等于2倍焦距的位置）

解析 通過(guò)凸透鏡光心的光線傳播方向不改變.而根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律可知，物距等于兩倍焦距時(shí)，所成像的像距也等于兩倍焦距，即物體在P處，所成的像在另一側(cè)P處，作連接AP的光線，所作光路圖如圖14所示.