如何作透鏡的光路圖

楊黎娜

光學(xué)作圖題主要通過作圖來考查同學(xué)們對光的傳播規(guī)律的掌握程度，代表光線的帶箭頭的直線是最基本的作圖元素，透鏡是利用光的折射規(guī)律工作的，透鏡分為凸透鏡、凹透鏡兩類。凸透鏡和凹透鏡對光線作用的特點(diǎn)是作透鏡光路圖的核心內(nèi)容，下面我們分兩類來細(xì)說。

根據(jù)透鏡對光的作用作圖

凸透鏡對光有會聚作用，當(dāng)光通過凸透鏡后，折射光線會向較厚的中央方向偏折。折射光線更靠近主光軸，通過凸透鏡的折射光線相對入射光線而言，會聚了一些，凸透鏡不僅對平行光束有會聚作用，對發(fā)散光束也有會聚作用，所謂“會聚作用”，并不代表通過凸透鏡后的折射光線都是會聚光束。

凹透鏡對光線有發(fā)散作用，當(dāng)光通過凹透鏡后，折射光線會向較厚的邊緣方向偏折，折射光線更遠(yuǎn)離主光軸，通過凹透鏡的折射光線相對入射光線而言，發(fā)散了一些，凹透鏡不僅對平行光束有發(fā)散作用，對會聚光束也有發(fā)散作用，所謂“發(fā)散作用”，并不代表通過凹透鏡后的折射光線都是發(fā)散光束。

例1根據(jù)入射光線和折射光線，在圖1中的虛線框內(nèi)畫出適當(dāng)類型的透鏡。

解析：將一條入射光線用虛線延長后，觀察發(fā)現(xiàn)經(jīng)過透鏡折射后的光線跟入射光線的延長線相比更靠近主光軸，所以該透鏡對光有會聚作用，應(yīng)填凸透鏡。

答案：如圖2所示，根據(jù)三條特殊光線作圖

透鏡光路圖中的三條特殊光線，是過透鏡諸多光線中最具代表意義的光線，要準(zhǔn)確理解和掌握其畫法。

凸透鏡的三條特殊光線是：（1）平行于凸透鏡主光軸的光線經(jīng)凸透鏡折射后通過焦點(diǎn)，（2）過光心的光線經(jīng)凸透鏡折射后傳播方向不變，（3）從焦點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后平行于主光軸射出。

凹透鏡的三條特殊光線是：（1）平行于主光軸的光線經(jīng)凹透鏡折射后，其折射光線的反向延長線過焦點(diǎn)，（2）過光心的光線經(jīng)凹透鏡折射后傳播方向不變，（3）延長線過另一側(cè)焦點(diǎn)的光線經(jīng)凹透鏡折射后平行于主光軸射出。

根據(jù)三條特殊光線作圖可分為兩種情況：

1.常給出透鏡種類和入射光線或出射光線，讓完成光路圖，

例2（2019·南京）完成圖3中的光路，

解析：本題是對凹透鏡三條特殊光線的直接考查，凹透鏡對光線有發(fā)散作用，延長線過另一側(cè)焦點(diǎn)的光線經(jīng)凹透鏡折射后將平行于主光軸射出。

答案：如圖4所示，

2.給出光源和像，讓作出凸透鏡位置及焦點(diǎn)。

作透鏡光路圖我們一定要注意：

（1）要借助工具作圖。作圖一定要規(guī)范，

（2）實(shí)際光線畫帶箭頭的實(shí)線。不是實(shí)際光線畫虛線，虛線不帶箭頭，

（3）光線與光線之間要連接好。不要斷開，

（4）點(diǎn)光源5經(jīng)凸透鏡成像的像點(diǎn)S′是S發(fā)出的所有光經(jīng)凸透鏡折射后會聚而成的，所以S發(fā)出的任何一條光線經(jīng)凸透鏡折射后都過像點(diǎn)s′，例如物體在凸透鏡的2倍焦距處時(shí)像也在2倍焦距處，所以從凸透鏡2倍焦距處發(fā)出的光經(jīng)凸透鏡折射后過另一側(cè)的2倍焦距處。