談初中物理光學(xué)作圖的技巧

張信泳

摘 要：光學(xué)作圖問(wèn)題是近幾年的中考物理常見(jiàn)題型，同時(shí)，它也是反映學(xué)生對(duì)光學(xué)知識(shí)理解和掌握程度一種訓(xùn)練方式。因此，在這部分教學(xué)中，教師有必要針對(duì)平面鏡成像、光的反射、光的折射、凸透鏡成像等作圖問(wèn)題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)化地訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：初中；物理；光學(xué)；作圖

初中八年級(jí)將要學(xué)習(xí)《多彩的光》，這是學(xué)生初次接觸光學(xué)知識(shí)，也是第一次接觸物理作圖。光學(xué)作圖，既可以反映學(xué)生對(duì)光學(xué)知識(shí)的理解和掌握程度，提高學(xué)生對(duì)光學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，更有助于提高學(xué)生物理作圖的能力。因此，我們有必要，在這一章的學(xué)習(xí)將要結(jié)束時(shí)，針對(duì)光學(xué)作圖問(wèn)題對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。

在訓(xùn)練之初，也是在學(xué)生剛開(kāi)始接觸物理作圖的時(shí)候，我們首先要對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)格要求，講清楚作圖要領(lǐng)。光學(xué)作圖，是學(xué)生最早接觸的物理作圖問(wèn)題。若能在這個(gè)時(shí)候養(yǎng)成好的作圖習(xí)慣，對(duì)學(xué)生以后畫(huà)力的示意圖、杠桿示意圖、滑輪組、電路圖、電磁現(xiàn)象圖等都將有很大的幫助。很多學(xué)生會(huì)覺(jué)得簡(jiǎn)單，無(wú)非就是幾個(gè)點(diǎn)、幾條線罷了。其實(shí)，光學(xué)作圖時(shí)，點(diǎn)的位置、線的虛實(shí)、線段的長(zhǎng)短及方向的起止都很有講究。正所謂，工欲善其事必先利其器，選擇合適的作圖工具也很重要，鉛筆、直尺和圓規(guī)的規(guī)范使用一定要嚴(yán)格要求，切不可圖個(gè)方便，隨手而畫(huà)。在這里，教師更要注意規(guī)范的板書(shū)演示，給學(xué)生做好榜樣。

光學(xué)作圖問(wèn)題可分為反射、折射和凸透鏡成像三大類(lèi)，不管是哪種作圖問(wèn)題，首先都要熟練掌握好光在各種情況下的傳播規(guī)律。下面，我就談一談怎樣結(jié)合習(xí)題訓(xùn)練學(xué)生的光學(xué)作圖技巧。

一、光的反射作圖

光的反射規(guī)律是：反射光線與入射光線和法線在同一平面內(nèi)；反射光線與入射光線分居法線兩側(cè)，；反射角等于入射角，通常情況下，法線的確定是解題的關(guān)鍵。在教學(xué)中，我選擇了以下類(lèi)型題：

1.已知入射光線（或反射光線），畫(huà)出反射光線（或入射光線）

解題技巧：這類(lèi)題比較簡(jiǎn)單，解題順序是先畫(huà)“法線”，確認(rèn)入射角或反射角，再畫(huà)出另一條線。（如圖1）

2.已知入射光線和反射光線，確認(rèn)平面鏡位置

解題技巧：先找出入射光線和反射光線的夾角的角平分線，即“法線”。然后過(guò)入射點(diǎn)作法線的垂線，即平面鏡的所在位置。

例1：如圖2所示，用一平面鏡將與水平方向成30°角的陽(yáng)光反射進(jìn)井底。在圖中畫(huà)出平面鏡的位置。

解析：解這道題需要畫(huà)出法線。那么首先依據(jù)題意畫(huà)出反射光線1，然后畫(huà)出入射光線和反射光線夾角的角平分線2，也就是法線。最后，作垂直于法線2的平面鏡3。見(jiàn)圖3。

3.已知光源和反射光線經(jīng)過(guò)點(diǎn)，畫(huà)出光的傳播途徑

解題技巧：根據(jù)平面鏡的成像原理，反射光線的反向延伸線必經(jīng)過(guò)虛像點(diǎn)。

例2：圖4中，S是點(diǎn)光源，下方有一平面鏡，若反射光線過(guò)P點(diǎn)。請(qǐng)畫(huà)出光路圖。

解析：由于此題無(wú)法確定入射點(diǎn)，因而直接畫(huà)出光路圖有一定的困難?？上韧ㄟ^(guò)平面鏡成像特點(diǎn)確定像點(diǎn)，再根據(jù)平面鏡成像原理作圖。見(jiàn)圖5。

二、光的折射作圖

光的折射規(guī)律是：折射光線與反射光線和法線在同一平面內(nèi)；折射光線與入射光線分居法線兩側(cè)；光從空氣斜射入水或玻璃，折射角小于入射角；光從水或玻璃斜射入空氣，折射角大于入射角；光垂直入射時(shí)，傳播方向不變。在教學(xué)中，我選擇了以下類(lèi)型題：

1.已知入射光線（或反射光線），畫(huà)出折射光線

例3：如圖6甲所示，有一束由空氣射入水中的光，請(qǐng)畫(huà)出反射光線和折射光線。

解析：“法線”還是解題的關(guān)鍵，作出“法線”以后，依據(jù)折射規(guī)律，確認(rèn)折射角并畫(huà)出折射光線。如圖6中乙。

2.已知眼睛和觀察對(duì)象位置，畫(huà)出光的傳播路徑

解題技巧：折射現(xiàn)象中，無(wú)論光從哪種介質(zhì)中射入，總是在空氣這一側(cè)的角大，又稱“斜角空氣大”。

例4：如圖7所示，潛水員的眼睛在水下A處。B點(diǎn)有條小魚(yú)，C點(diǎn)有只小鳥(niǎo)。請(qǐng)作出潛水員觀察小鳥(niǎo)和魚(yú)的光路圖。

解析：潛水員在水下看到了鳥(niǎo)和魚(yú)，實(shí)質(zhì)是因?yàn)锽、C兩點(diǎn)有光線傳到A點(diǎn)。由于A、B兩點(diǎn)同處于水中，光沿直線傳播；光從C處傳播到A處，是光的折射，可按照“斜角空氣大”的規(guī)律作圖。得到圖8。

三、凸透鏡、凹透鏡對(duì)特殊光線的作用

透鏡對(duì)光線的影響作用是：平行于凸透鏡主光軸的光線經(jīng)折射后過(guò)焦點(diǎn)；過(guò)焦點(diǎn)的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸。平行于凹透鏡主光軸的光線經(jīng)折射后反向延長(zhǎng)線過(guò)焦點(diǎn)；延長(zhǎng)線過(guò)焦點(diǎn)的光線經(jīng)凹透鏡折射后平行于主光軸。凸透鏡和凹透鏡，過(guò)光心的光線傳播方向不改變。有一順口溜，可以快速記憶這一規(guī)律：

不過(guò)很多試題中出現(xiàn)的卻不是上述三種光線。當(dāng)遇到特殊光線的時(shí)候，就要根據(jù)光線穿經(jīng)過(guò)透鏡所成的像點(diǎn)來(lái)突破了，如下面幾道例題：

例5：在圖11中畫(huà)出折射光線。

解析：這是一條特殊光線，無(wú)法運(yùn)用規(guī)律直接作圖。這時(shí)候，就需要利用像點(diǎn)來(lái)解決問(wèn)題。先在光線ab上找一點(diǎn)S，假設(shè)S為光源，作兩條光線。一條光線與主光軸平行，過(guò)凸透鏡后必過(guò)焦點(diǎn)，另一條光線通過(guò)光心，傳播方向保持不變。那么，兩條折射光線的交點(diǎn)就是S的像點(diǎn)S。既然光線ab相當(dāng)于S發(fā)出的一條光線，那么，其經(jīng)過(guò)凸透鏡后必過(guò)像點(diǎn)S，見(jiàn)圖12。

例6：在圖13中通過(guò)作圖確定凸透鏡的焦點(diǎn)位置。

解析：通常情況下，題目中都是明確焦點(diǎn)位置的。而這道題，卻要求通過(guò)作圖確定焦點(diǎn)位置。做法仍然是先在入射光線上取一點(diǎn)，假設(shè)其為光源S，然后做一條過(guò)光心的光線，這條光線與題中折射光線的交點(diǎn)就是S的像點(diǎn)S。再做一條光線與主光軸平行，過(guò)透鏡后必經(jīng)過(guò)焦點(diǎn)和像點(diǎn)S。這樣就得到了折射光線和主光軸的交點(diǎn)，就是焦點(diǎn)F。如圖14。

例7：如圖15中甲所示，設(shè)OO是凸透鏡的主光軸，S和S分別為點(diǎn)光源和像點(diǎn)，SA為點(diǎn)光源發(fā)出的一條光線。請(qǐng)?jiān)趫D中適當(dāng)?shù)奈恢卯?huà)出凸透鏡，和SA過(guò)凸透鏡的光路圖。

解析：SA是一條特殊光線，由其直接畫(huà)出光路很困難。這時(shí)，就要換個(gè)思路，從凸透鏡所成的像來(lái)尋找突破口，連接S、S兩點(diǎn)，與主光軸的交點(diǎn)就是凸透鏡的光心。由于“凸透鏡的像是由折射光線形成的”，所以，光線SA過(guò)凸透鏡后的折射光線必過(guò)S，由此畫(huà)出SA過(guò)凸透鏡的光路圖。如圖15中的乙。

這三道例題，一個(gè)要求畫(huà)出折射光線，一個(gè)要求畫(huà)出焦點(diǎn)，另一個(gè)要求畫(huà)出凸透鏡的位置。盡管問(wèn)題各不相同，但是解題的關(guān)鍵點(diǎn)，都是根據(jù)透鏡成像規(guī)律找到像點(diǎn)來(lái)解題的，這一點(diǎn)要提醒學(xué)生在解題中注意。

總之，萬(wàn)變不離其宗。雖然光學(xué)作圖題目千變?nèi)f化，但光的傳播過(guò)程始終是遵循光的直線傳播、光的折射、光的反射規(guī)律的。我們要在教學(xué)中提醒學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，不要被五花八門(mén)的問(wèn)題所迷惑，守住光學(xué)作圖的根本規(guī)律，把握好作圖策略，一定可以在作圖題中“游刃有余”。

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