第四单元《光现象》作图---2024-2025学年人教版物理八年级上学期

4.光现象作图 第四单元 光现象 1.能利用光的直线传播完成相关的作图 2.能利用光的反射定律完成光的反射作图。 3.能应用平面镜成像的特点作图。 4.能应用光的折射规律完善光路图。 通过对历年全国各地的中考试题的研究发现，光学作图是各地中考的必考内容，我们今天就来解决相关的问题。 本单元涉及到的作图包含光的直线传播、光的反射、平面镜成像和光的折射，接下来让我们一起来学习相关的作图技巧吧！ 一、直接引入 1.眼睛观察到的范围或发光点能照亮的区域 作眼睛观察的范围，一般是人在一个狭窄的区域，外界的光进入人眼，产生视觉。由于光在同种均匀介质中是沿直线传播的，沿该区域的边界作出到眼睛的两条光线，则两光线之间的区域就为眼睛观察到的范围。如图. 知识点一 光的直线传播 领跑P45 3（2） 图2为“坐井观天”的示意图，点E为青蛙的眼睛，请利用光的直线传播知识画出它能看到的天空范围。 图2 图2 典例精析 典例1．（2023·湖南郴州·统考中考真题）“井底之蛙”这个成语大家都很熟悉，图中M点表示青蛙。请根据光的直线传播知识画图说明为什么“坐井观天，所见甚小”。（温馨提示：必须标出光的传播方向） 【解析】光在同种均匀介质中沿直线传播，被井口挡住的光不能进入井中青蛙的眼睛，所以青蛙看不到井口以外的世界，连接井口两侧到青蛙的眼睛，此范围以内为井底青蛙所见范围，如图所示：       2.寻找发光点（光源） 沿光线射来的方向，反向延长出去，两光线的交点即为发光点。如两小孔射出两条光线，确定光源的位置，如图。 知识点一 光的直线传播 典例精析 典例2．（2023·新疆乌鲁木齐·校考三模）室内一盏电灯通过木板隔墙上的两个小洞，透出两条细小光束（如图所示）。请根据这两条光束的方向确定室内电灯的位置。（保留作图痕迹） 【解析】如图所示，根据光是沿直线传播的原理，每条光线通过小洞都是沿直线传播的；故答案为：    3.作影子的区域 有两种题型。一是已知发光点和障碍物，作出影子的区域；二是已知两物影子的区域，找出发光点的位置。如图甲，已知发光点S和杆AB，作出影子AB’。如图乙，已知不透明物AB、CD的影子AB’和CD’，确定发光点S的位置。 知识点一 光的直线传播 领跑P45 3．（1）如图1，S是光源，A是不透明的物体，L是竖直的墙面，试画出光源S照不到墙面的范围MN。 图1 图1 一、利用光的直线传播作图 领跑P55 1．如图1所示，小明和小华站在路灯下，地上留下了他们的影子，请通过作图确定路灯S的位置。 图1 典例精析 典例3．（2023秋·陕西西安·八年级西安市铁一中学校考期末）某室内地面上放有两个柱子A和B，天花板上有一强点光源S使柱子A和B在地面上形成的影子如图所示。请根据图中提供的信息确定光源S的位置。 【解析】根据光在同种均匀介质中沿直线传播，连接影子A左侧与柱子A的上端并延长，连接接影子B左侧与柱子B的上端并延长，这两条直线的交点即为光源S的位置，如图所示    4.小孔成像 从物体的上下边界引出两条光线，通过小孔（两条光线交点位于小孔中央），到达光屏，在光屏上形成物体倒立的实像，实像的大小与物和屏到小孔的距离有关。如图4-4所示。 知识点一 光的直线传播 领跑 P55 3．图3是蜡烛AB和一套小孔成像装置，请在半透明纸上画出蜡烛AB的像A′B′。 图3 如图3所示 图3 典例精析 典例4．（2023·全国·九年级校联考专题练习）“圭表”是我国古代先进的天文观测仪器，根据“表”在“圭”面上形长的变化就能知道时节的更替。元代天文学家郭守敬改进和创新了“圭表”（如图甲），国乙是其示意图。他在“表”上方加一根架空的横梁，在“圭”面上放置一个可移动的景符（有小孔的铜片）。他利用改进后的“圭表”，精确推算出了二十四节气和一回归年天数。请根据以上资料在图乙中画出横梁通过景符的小孔在“圭”面上所成的影像，并标明两条光线的传播方向。 【解析】根据光在同种均匀介质中沿直线传播，连接影子A左侧与柱子A的上端并延长，连接接影子B左侧与柱子B的上端并延长，这两条直线的交点即为光源S的位置，如图所示    【解析】光线照射到横梁上，由于光线沿直线传播，光线通过景符上的小孔，照射到“圭”面上，这是小孔成像，在“圭”上形成横梁的像。如图所示： 5.日食和月食 分别沿太阳的上下边缘向地球（月球）的上下边缘引两条（共4条）光线，当月球（地球）进入地球（月球）的本影区，就会形成月食（日食）现象，如图4-5甲图为月食，乙图为日食。 知识点一 光的直线传播 典例精析 典例5．（2022秋·八年级校联考课时练习）请在图中画出发生月食时，月球的大致位置 【解析】发生月食时，地球在太阳和月球之间，三者在同一条直线上，地球挡住了太阳照射到月球的光，在地球上看不到月球的现象。如图所示   知识点二　光的反射 1.已知入射光线（反射光线）和反射面，作反射光线（入射光线）。应先过入射点（反射点），作反射面的垂线（虚线），即法线；再作入射光线（反射光线）关于法线的对称线，沿光的传播方向标上箭头即为要作的反射光线（入射光线），如图4-6。 领跑P55 二、利用光的反射定律作图 4．如图4所示，请画出反射光线并标出反射角的度数。 　　　　　 图4 5. 如图5所示，某时刻阳光以与水平面成 50°的夹角斜射入隧道口，某地勘查队想要利用一块平面镜使这束太阳光水平射入隧道内，请你画出反射光线，标出反射角及其大小，并通过作图找出平面镜的位置。 图5 6．如图6所示，请画出光线经镜面两次反射后的光路图，保留作图痕迹。 　　　　　　　　　　　 答图6 7. 图7是一个简易潜望镜，一束光射入潜望镜后发生两次反射，请补全光路图。 图7 典例精析 典例6．（2023·广东·统考中考真题）如题图所示，点光源S发出的一束光射向平面镜O点，请画出反射光线（保留作图痕迹）。 【解析】过O点垂直于镜面作出法线，然后根据反射角等于入射角，在法线的右侧画出反射光线，如图所示：   2.已知入射光线和反射光线，作镜面的位置。方法：过入射点，作入射光线和反射光线的角平分线（虚线），即为法线；过入射点作法线的垂线，在垂线的没有光线的一侧画短斜线即为镜面的位置，如图4-7。 知识点二　光的反射 领跑P47 3. 如图5所示，一束太阳光与水平面成 30°角照射，小明想利用一块平面镜使此时的太阳光竖直射入井中。请通过作图画出平面镜的位置。（要求保留必要的辅助线） 图5 图4 典例精析 典例7．（2023·湖北宜昌·统考中考真题）航关员舱外作业时，宽厚的航天服限制了他的视野，为了看清胸前的操作面板，可以通过手腕处的小镜子（如图甲）进行观察。乙图中A点代 表航天员的眼睛，B点代表胸前某一 按钮，C点是小镜子的位置，请你根 据反射光路图在C点准确画出镜面并 标出镜面与竖直面的夹角。（保留 作图痕迹） 【解析】如图所示，根据光的反射规律：反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角，可以得出：法线在由入射光线和反射光线组成的角平分线上；因为法线是垂直于镜面的，所以用虚线做出法线后，过入射点做法线的垂线，镜面就在这条垂线上，镜面要朝向入射光线和反射光线的一侧。因为反射光线与竖直面的夹角为50°，入射光线与竖直面的夹角为70°，所以反射角与入射角之和为60°，则反射角等于入射角等于30°，所以可以得出反射光线与镜面的夹角为60°，则镜面与竖直面的夹角为60º－50º＝10º，则光路图如下图所示： 光路图 知识点三　平面镜成像 作图时要注意一下几点： 1.实际光线要画成实线，并用箭头表示传播的方向，实物用实线表示，虚像用虚线表示。 2.法线和反射光线的反向延长线要用虚线表示。 3.为了表示实物与虚像的对称关系，实物和虚像都要标上相应的字母。 4.要符合光的反射定律和平面镜成像的特点。 实线：实像，实际光线，实物 虚线：虚像，实际光线的反向延长线，法线（垂直符号），辅助线 领跑P56 三、平面镜成像作图 8．如图8所示，请根据平面镜成像的特点画出三角形ABC在镜子中的像A′B′C′。 　　　　　　　　　　　　　 如图8所示 图8 9．如图9所示，晓彤自制了一个昆虫观察箱，可以通过该箱观察昆虫，请你画出人眼看到昆虫腹部A点（图中白点）的光路图。 图9 典例精析 典例8．（2023·江苏泰州·统考中考真题）如图所示，请作出物体AB在平面镜MN中所成的像。 【解析】分别作出物体AB端点A、B关于平面镜的对称点A′、B′，用虚线连接A′、B′，即为AB在平面镜中的像。如图所示： 典例精析 典例9．（2023·辽宁丹东·统考中考真题）如图所示，管道内A处有一只正在发光的小灯泡，小潘的眼睛在B处看到了平面镜中小灯泡的像，请画出小潘看到小灯泡A的像的光路图。 【解析】由平面镜成像的特点可知， 首先作出A处小灯泡关于平面镜对称，取处小灯泡的像到平面镜的距离和灯泡到平面镜的距离相等，连接B，与平面镜相交于O点，连接AO为入射光线，连接OB为反射光线，如下图所示： 课中讲解三 知识点三：光的折射作图 注意段落要求：1.5倍行间距 35 知识点四　光的折射 在光的折射作图时，先过入射点作垂直于界面的垂线（虚线），即为法线。由于此时折射和反射是同时发生的，所以依据折射定律和反射定律作出折射光线和反射光线。作图时应注意：光线无论从空气斜射入水或其他介质，还是从水或其他介质斜射入空气，光线在空气中与法线的夹角始终大于在水或其他介质中光线与法线的夹角；垂直入射时，入射光线、反射光线、折射光线和法线在同一直线上。图4-9甲为光从空气射入水；图乙为光从玻璃射入空气。 空气角比较大 知识点四　光的折射 领跑P56 四、利用光的折射特点作图 10．如图10所示，请作出反射光线OB对应的入射光线AO及入射光线AO斜射入水中大致的折射光线OC。 　　　　　　　　　　　　 图10 11．如图11所示，请画出图中的光线从空气垂直入射到玻璃砖，并经过玻璃砖折射后回到空气中的光路图。 图11 12. 如图12所示，渔民看到水中S′处有一条鱼，为了叉到鱼，他不是对准乙图中的S′，而是对准位置更深的S叉去。请你在乙图中画出人眼看到鱼的光路图。 图12 如图12所示 图12 典例精析 典例10．（2023·辽宁本溪·统考中考真题）小明将两个大小相同的红、蓝环粘在一起形成“8”字。手拿红环将蓝环竖直放入水中，使蓝环刚好浸没，从水面上方C点可以观察到红环的“倒影”和蓝环的像并不完全重合，如图甲所示。请在乙图中作出： （1）红环最上端A点在水中的像点； （2）点为蓝环最下端B点的像，请完成从C点看到B点的光路。 【答案】 【解析】（1）平静的水面可视为平面镜，平面镜成的像与物关于镜面对称，据此确定红环最上端A点在水中的像点（已知两个大小相同的红、蓝环粘在一起形成“8”字，故点与蓝环最下端B点重合），如下所示： （2）蓝环最下端B点反射的光由水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，折射光线远离法线，人逆着折射光线看去，看到最下端B点的像比最下端B偏高，连接交水面于O点，连接BO即为入射光线，OC为折射光线，如下所示： 知识点五　光的组合作图 光的反射、平面镜成像和光的折射可以进行组合作图，在作图时需要综合利用光的反射定律、平面镜成像的特点和光的折射定律。 五、综合作图 13．如图13所示，小明在平静的湖边看到“云在水中飘，鱼在云上游”（也就是云和鱼的像重合），请你画出此情景的光路图。（A、B、C三点分别是云、鱼和小明眼睛的实际位置）。 　　　　　 如图13所示 图13 14．如图14所示，光线垂直射向水面，水里有个平面镜，请画出光线经平面镜反射后又返回空气的大致光路。 图14 典例精析　 典例11．（2023·湖北鄂州·统考中考真题）如图所示，水池边有一路灯S，路灯上方有一平面镜MN，S发出的光能经MN反射后射入水中，请画出： （1）S在平面镜中所成的像S’； （2）经MN反射后过A点的反射光线OA； （3）OA照射到水池底的光路图。 典例精析　 【解析】（1）（2）（3）据平面镜的成像特点，过S作MN垂线，据像到镜面的距离与物到镜面的距离相等，作出像点S′；连接S′A与MN相交于O点，光线OA是S射向MN的光线经反射后的过A点的反射光线；光线OA斜射向水面时发生折射，折射角小于入射角，可大概作出折射光线，且折射光线射向池底的B点。作图如下： 课堂反馈 1．（2023春·八年级校联考课时练习）日晷（guǐ）是古代的一种“时钟”，利用太阳光下指针的影子指示不同的时刻（如图）。请根据指针的影子AB，画出此时太阳光的传播方向（太阳光视为平行光）。 1题图 2．（2023·辽宁大连·统考模拟预测）洋洋同学用“可乐瓶”做小孔成像实验，实验装置如图所示，请在图中的半透明纸上画出蜡烛AB的像A′B′。（保留作图痕迹） 2题图 课堂反馈 3．（2023·吉林·统考中考真题）请在图中画出反射光线，并标出反射角大小。 3题图 4．（2023·辽宁营口·统考中考真题）请画出人眼从A处看平面镜中烛焰上S点的像的完整光路图。 5．（2023·湖北·统考中考真题）“仙女飞天”魔术表演中，位于P点的观众看到云雾中漫舞的仙女，实质是挡板后的演员A在平面镜中的虚像，如图所示。请作出平面镜的位置，并完成P点观众看到仙女的光路图。 4题图 6．（2023·山东潍坊·统考中考真题）为测量容器中水的深度，一同学将刻度尺竖直插入水中，如图所示。从A处向水中看去，看到刻度尺上B点在水中所成的像位于C点，同时看到水中D点的像也位于C点。请据此：（1）用虚线画出水面位置；（2）完成看到D点的光路图。 6题图 7．（2023·广西·统考中考真题）图是经平面镜反射后的反射光线，请画出射向平面镜的入射光线和进入空气中的折射光线。 课堂反馈 7题图 8．（2023·山西·统考中考真题）古诗词是中华文化的瑰宝，“小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上头”描述的画面如图甲所示。请在图乙中画出光从蜻蜓经水面反射后进入人眼的光路图，其中A'点表示水中“蜻蜓”的位置。 8题图 9．（2023·四川泸州·统考中考真题）一束激光从空气中以图示角度射入水中，其反射光线与折射光线刚好垂直。请在图中画出折射光线，并标出折射角的角度大小。 课堂反馈 9题图 课堂小结 光现象作图 光的直线传播 光的组合作图 光的反射 光的折射 平面镜成像 项目 作图步骤 原理图 利用平 面镜成 像原理 ①从发光点S引出两条光线，射到平面镜上； ②作两条入射光线的法线； ③根据反射定律，反射角等于入射角，作反射光线； ④作反射光线的反向延长线，交点即为发光点S的像点S′ 利用平 面镜成 像特点 ①过S点作平面镜的垂线(像与物连线跟镜面垂直)； ②截取S′点，使S′到镜面的距离等于S到镜面的距离(像与物到镜面的距离相等)； ③画出像点S′(像与物大小相等) $$