光学画图Word格式.docx
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(2)根据物像特点作图
例2如图3,平面镜MN上方有一物体AB,试用作图回答下列问题:
(1)人眼在什么范围内可以看到整个物体AB在镜中的像?
(2)要使人眼在E点看不到镜中的像,至少应把平面镜的哪一部分遮住?
图3
分析:
(1)首先用对称法作出物体AB在平面镜中的像A”B”(如图4)。
借助像A”B”,分别作出从A、B射向平面镜边缘M、N点的入射光线所对应的反射光线NA1、NB1、MA2、MB2。
则观察范围在光线NA1、MA2所夹的范围内。
图4
(2)分别连结A”E和B”E,与镜面相交于Q、R(如图5),处于E处的人眼就是通过平面镜QR之间的部分看到AB在平面镜中完整的像A”B”,因此至少应遮住RQ这一部分。
图5
2.光的折射
根据光在传播过程中光路宽窄的变化,可以将光分成平行光&
#0;
&
光路宽窄不变;
会聚光&
光路变窄;
发散光&
光路变宽。
①凸透镜对光起会聚作用;
凹透镜对光起发散作用。
②光从空气斜射入其它媒质,折射角小于入射角;
反之则折射角大于入射角。
(1)根据折射规律作图
例3如图6所示是上、下表面平行的玻璃砖,一束光从空气斜射到玻璃砖的上表面,这束光从玻璃砖的下表面透射后的光路是怎样的?
图6
如图7所示,光在上表面折射时,折射角r小于入射角i;
在下表面折射时,入射角等于r(因为上、下表面平行),根据光路可逆原理,这时折射角应等于i,因此透射光平行于入射光,并且向左侧移了一段距离。
由此可见玻璃砖对光线有侧移作用。
进一步研究表明,玻璃砖越厚,侧移距离越大。
图7
例4通过作图作出潜水侦察兵在水底下看到岸上目标A的像的大致位置(如图8)。
图8
光从空气进入水中,折射角小于入射角。
折射后的光线进入侦察兵的眼睛,由于人感觉光是沿直线传播的,将水中的折射光线反向延长,延长线高于A点,所以侦察员看到的像比目标高了一些(如图9所示)。
图9
(2)根据特殊光线作图
例5如图10所示,AO是入射光线,OB是光通过凸透镜或凹透镜折射后的传播方向,试在图中的适当位置填上适当的光学元件,并画出主光轴的位置。
图10
当入射光只有一条时,可添加一条与入射光线平行的辅助线,使之形成一束平行光。
辅助线可加在入射光线的上方,也可以加在下方,同时将辅助线当作主光轴。
然后再看这束平行光经过光学元件折射后光路宽窄的变化,以区分是会聚还是发散了。
若是发散,则填凹透镜(如图11);
若是会聚,则填凸透镜(如图12)。
图11图12
如果同学们有兴趣,还可作辅助线与折射光线OB平行,可再得到两个解,不妨一试。
例6实验中有时需要将一束粗平行光变成细平行光,这时可以利用两块透镜的组合来解决。
请在图13中的方框中画出它们的组合方式,并分别写出两块透镜间的距离s跟两块透镜的焦距
的关系。
图13
解法1:
(1)分别沿正、反方向延长入射、出射光线;
(2)交叉连接入射、出射光线;
(3)在光路转折处填凸透镜(如图14所示),且
。
图14
解法2:
(1)分别沿正、反向延长入射、出射光线方向;
(2)不交叉连接入射、出射光线;
(3)在光路转折处分别填凸透镜和凹透镜(如图15所示),且
图15
光学作图及典型题
一、成像知识回顾
1.成像的主要原因
a.光的直线传播,如小孔成像;
b.光的反射,如平面镜成像;
c.光的折射,如水中的折射成像、透镜成像等。
2.成像的性质
像的性质主要有:
虚与实、倒与正、放大与缩小或等大。
实像是由物体发出的光经过光学器件会聚形成的,不仅能用眼睛看见,还能用光屏接收并保存下来;
虚像是物体发出的光经反射或折射后反向延长相交而成的,不能用光屏接收。
“倒与正”、“放大、缩小或等大”都是物体所成的像相对物体而言的。
3.像的动态变化
当物体相对光学器件运动时,所成的像的大小、像离光学器件的距离都有相应的改变,初中阶级主要考查平面镜与凸透镜成像的动态变化,其中凸透镜成像的规律可以整理成口诀:
一倍焦距分虚实,二倍焦距分大小;
物像同侧虚像正,物像异侧实像倒;
物近像远像变大,物远则像近像小,像距物距唱反调。
即:
物体离凸透镜的距离大于一倍焦距时成实像,小于一倍焦距时成虚像;
虚像相对于物体是正立的,且和物体在透镜的同侧;
实像相对于物体是倒立的,且和物体在透镜的异侧;
物体向焦点运动,所成的像变大,物距变大像距变小,物距变小像距变大。
二、作图要点
1.光的反射作图要点:
a.物、像关于平面镜对称;
b.平面镜是物点和像点连线的垂直平分线;
c.反射角等于入射角,法线是反射光线和入射光线夹角的角平分线,且法线与镜面垂直,平面镜成像时,所有反射光线的反向延长线一定经过镜后的像。
2.光的折射作图要点:
a.凸透镜对光起会聚作用,有三条特殊光线。
凹透镜对光起发散作用,有三条特殊光线。
b.当光从空气斜射入玻璃或水等其它介质时,折射角小于入射角;
3.作图注意事项:
(1)要借助工具作图,作图一定要规范。
(2)是实际光线画实线,不是实际光线画虚线。
(3)光线要带箭头,光线与光线之间要连接好,不要断开。
(4)作光的反射或折射光路图时,应先在入射点作出法线(虚线),然后根据反射角与入射角或折射角与入射角的关系作出光线。
三、热点问题分类精析
1.平面镜成像问题
例1如图1所示,S’为点光源S在平面镜MN中的像,SA为光源S发出的一条光线,请画出平面镜MN,并完成光线SA的光路。
图1
精析:
本题关键是根据平面镜成像的对称性,即像与物体的连线与平面镜垂直,像与物体到镜面的距离相等,连接SS’并作其中垂线就是平面镜的位置(如图2所示),其它问题迎刃而解。
答案如图2所示。
图2
2.凸透镜成像问题
例2放映幻灯片时,在屏幕上得到的是幻灯片上景物的( )
A.正立、放大的虚像;
B.正立、放大的实像;
C.倒立、放大的虚像;
D.倒立、放大的实像。
“正立”与“倒立”是相对的,是相对一定参照物而言的。
放映幻灯片时,大家在屏幕看到的确实是“正立”的像,这里说的“正立”是以日常生活中处于常态的景物为参照物而言的,而光学中说的“倒立”与“正立”是以物为参照物而言的。
像与物同向为“正立”;
像与物反向为“倒立”。
放映幻灯片时,幻灯片是倒(以常规景物为参照物)插在幻灯机的光源与镜头之间的,屏幕上的像相对于幻灯片上的图而言是“倒立”的。
实像是由实际光线组成,否则为虚像。
幻灯机屏幕确有光线会聚,故是实像。
正确答案为应为D。
3.动态的成像问题
例3一平面镜与水平桌面成45°
角,一小球以1m/s的速度沿桌面向平面镜匀速滚去(如图3所示),则小球在平面镜里的像( )
图3
A.以1m/s的速度做竖直向上运动;
B.以1m/s的速度做竖直向下运动;
C.以2m/s的速度做竖直向上运动;
D.以2m/s的速度做竖直向下运动。
解题关键是判断小球在平面镜中的像是怎样运动的。
如图4所示,设小球从桌面A滚动到B,根据平面镜成像特点,分别作出小球在平面镜中的像A’和B’,可以知道A’和B’位于竖直方向,且有A’B’=AB。
所以小球在镜中的像以1m/s的速度做竖直向下的运动,选B。
四、典型题练习
1.作出下列各图的入射光线(或反射光线、镜面、折射光线)并标出入射角、反射角或折射角。
2.根据平面镜成像特点画出镜中的像(或镜前的物体)。
3.利用光的反射定律作出点。
4.有一束光通过A点射到镜面,反射后过光源S的成像光路图B点,请画出入射光线和反射光线。
5.完成下列各透镜的光路。
6.在下图方框中填入适当的透镜,并完成光路。
7.下面两图都是时钟在平面镜中成的像,它们的实际时间是甲:
________;
乙:
________。
甲 乙
8.如图是束光在空气与某种透明物质界面上发生反射和折射现象,图中________为分界面;
界面的________边是空气;
∠________为入射角;
∠________为反射角;
∠________为折射角。
9.一物体沿凸透镜的主光轴移动,当物距为30厘米时,在凸透镜另一侧的光屏上得到一个放大的实像,当物体移至物距为15厘米时,它的像一定是( )
A.放大实像B.缩小的实像C.放大的虚像D.缩小的虚像
10.某同学做“研究凸透镜成像规律”实验时,所给的有下面不同焦距的四块凸透镜,实验中,光屏移到离凸透镜16厘米处,得到烛焰倒立、放大的像,这块凸透镜的焦距可能是( )
A.f=4厘米B.f=8厘米C.f=12厘米D.f=16厘米