内容正文:
光 学 作 图 专 题 训 练
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★类型一:光的直线传播作图
1.如图所示,是小明同学站在窗户前向外看的场景,人眼在S点的位置,请通过光路作图,画出人眼看到窗户外面的范围。
2.“井底之蛙”这个成语大家都很熟悉.如图所示,在一个干枯的井底正中央P点有一只青蛙,它的视野范围如图甲所示。大雨将井全部灌满水,若青蛙仍在P点,请你在图乙中画出青蛙视野发生变化后的大致情况;
★类型二:光的反射作图
3.如图所示,反射光线OB与镜面成夹角,请画出对应的入射光线AO,并标出入射角及其度数。
4.如图所示,请作出反射光线并标出入射角度数。
5.如图所示,两条光线分别为入射和反射光线,请在图中画出平面镜的位置。
6.根据平面镜成像特点,在图中画出物体AB所成的像。
7.一束光线从A点射出,经过平面镜反射后,光线通过B点。请把光线光路补充完整。
8.如图所示,A和B是放在平面镜前完全相同的两支蜡烛。眼睛从某个方向
向平面镜看去时,两支蜡烛的像完全重叠。请根据平面镜成像特点在图中画出眼睛
的位置以及从这个方向进入眼的光线。
9.检查视力时,为节省空间,常让被测者背对视力表,观察对面墙壁上平面镜M中视力表的像,请在图中作出被测者通过平面镜M看到视力表上A点的光路图。
10.如图所示,某同学站在湖边看日出,同时也看到了水中的太阳。请在图中画出他看到水中太阳的光路图。
11.如图所示,在房间的天花板上装有平面镜M,S为一灯泡,P为不透明的墙。请画出灯泡发出的光经平面镜反射后,能够照亮 P墙右侧区域的光路图。
12.如题图所示,物体AB放置在平面镜MN前,在镜后放置一块不透光塑料板,请根据平面镜成像的特点画出物体AB的像。
★类型三:光的折射作图
13.在如图方框中填入合适的透镜。
14.如图为远视眼成像光路图,在虚线方框内画出矫正透镜。
15.根据题目要求作图:如图,请根据画出的光线,在答图中虚线框内画出一个适当的透镜。
16.如果用眼不当,例如长时间盯着屏幕,就有可能患上近视。请你在题图甲中大致画出来自远处的光进入近视眼晶状体后的折射光线,在图乙的虚线框中画出矫正近视眼需要佩戴的透镜。
17. 如图所示,OB是一束光线由空气射到水面时的反射光线,请画出入射光线,标出入射角的度数,并画出折射光线的大致方向。
18.如图所示,光线AO从水中斜射到水面,在分界处发生反射和折射。请你画出AO对应的反射光线和折射光线的大致位置。
19.如图所示,请将两条光线通过凸透镜的光路补充完整。
20.如图,请完成图中两条光线的折射光路。
21.在图中,完成入射光线从左边射向凹透镜折射,再由凸透镜折射后的光路。
22.如图所示,代表凸透镜的两个焦点,代表凹透镜的两个焦点,请画出光线从凸透镜的左侧焦点射向凸透镜折射后,再射向凹透镜折射后的光路图。
23.平行光经过凸透镜后会聚在主光轴上的一点,这个点叫做凸透镜的焦点;平行光经过凹透镜后,光线发散,发散光线的反向延长线交在主光轴上的一点,这个点叫做凹透镜的虚焦点.如图,F点既是图示凸透镜的焦点,也是图示凹透镜的虚焦点,请画出图中两条平行于主光轴的光线经过两个透镜的光路图.
24.物体AB放在凸透镜前距光心处,请在如图中画出AB的像,要求表示出像的大致位置及像的性质。
★类型四:光的综合作图
25.如图所示,水下有一块平面镜,一束光射入水中,再经水中的平面镜反射后恰过P点,请将光路图补充完整保留作图痕迹。
26.根据要求完成下列作图。
如图甲,作出物体AB在平面镜中所成的像;
如图乙,一束光线从空气中斜射入水中在水面发生反射和折射,画出折射光线和反射光线;
如图丙,请分别画出AB的入射光线和CO的折射光线。
27.作图:如图所示,为发光点S在平面镜MN中所成的像,请在图中画出发光点S的位置,并画出一条由S点发出,经平面镜反射后通过P点的光线;
根据凸透镜的成像规律确定凸透镜的位置并将其画出可用符号表示,并画出凸透镜的一个焦点,光心用O表示,焦点用F表示,保留作图痕迹;
(3) 如图,一个物体静止在斜面上,请在图中画出物体受到的重力G和物体对斜面的压力F的示意图。物体的重力为8N,对斜面的压力为
28.如图所示,S点发出的一条光线经平面镜反射后,再经凸透镜折射,折射光线平行于主光轴射出。请画出:点发出的入射光线;
经平面镜的反射光线;
凸透镜左侧焦点F的位置。
29.一束光射向一块玻璃砖,如图所示,并穿过玻璃砖。在图中画出这束光进入玻璃砖和离开玻璃砖后的光线注意标出法线;
根据入射光线和折射光线,在图中的虚线框内画出适当类型的透镜。
30.如图所示,请画出由S点发出的光经过凸透镜后的折射光线,并确定发光点S的像点。
31.如图所示,F为凸透镜L的焦点,为凸透镜的主光轴,AB为射向凸透镜且过焦点的光线,在凸透镜的右侧有一平面镜MN和主光轴成,请画出经凸透镜折射后和经平面镜反射后的完整光路图。
32.如题图所示,投影仪胶片上发光点S发出一条光线,经凸透镜折射和平面镜的反射后,射到屏幕上,请你完成该光路。
答案和解析
1.【答案】。
【解析】解:根据光的直线传播规律,从S向窗户的上下边缘各引一条直线SA、SB,则SA、SB之间的区域就是人眼看到窗户外面的范围。如图所示:
。
光在同种均匀介质中是沿直线传播的。
本题考查的是光的直线传播规律;会根据题目的要求正确作图。
2.【答案】
【解析】当井里灌满水后,光线照到水面会发生折射现象,由于光是从空气射向水,所以入射角大于折射角,因此井底之蛙看到的视野范围比没水时会看到更大如图所示:
3.【答案】
【解析】反射光线OB与镜面成夹角,则反射角为
过入射点作出法线,然后根据反射角等于入射角,在法线左侧画出入射光线AO,入射光线与法线之间的夹角为入射角,入射角等于反射角为,如图所示:
4.【答案】
【解析】已知入射光线与镜面的夹角为,则入射角为
过入射点作垂直于镜面的法线,根据反射角等于入射角,在法线右侧画出反射光线,如图所示:
5.【答案】
【解析】根据光的反射定律可知,反射角等于入射角,因此先用虚线作反射光线与入射光线夹角的角平分线为法线,过入射光线与反射光线的交点作法线的垂线,即为平面镜的位置,如下图所示:
6.【答案】
【解析】【分析】
平面镜成像的特点是:像物大小相等、像与物到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直、左右互换,即像物关于平面镜对称,利用这一对称性作出AB的像。
【解答】
先作出端点A、B关于平面镜的对称点、,用虚线连接、即为物体AB的像,如图所示:
7.【答案】解:作出B点的像点,连接,与镜面的交点为入射点再连接AO为入射光线、OB为反射光线,画上箭头,如下图:
【解析】根据平面镜成像知,物与像关于镜面对称,要作出B点的像点,连接,与镜面的交点为入射点,再完成光路。
本题考查根据平面镜成像的特点作图,需要注意的是哪些线是实线、哪些线是虚线,另外不要把方向标反了。平面镜成像的特点:像与物大小相等,连线与镜面垂直,到平面镜的距离相等,左右相反,在光的反射中,反射光线反向延长一定通过发光点的像点。
8.【答案】
【解析】根据像与物关于平面镜对称的特点分别作出A、B的对称点、,连接、并延长到C,为眼睛的位置,与平面镜的交点为O,O点即为入射点,连接BA延长到O点为入射光线,则OC即为进入眼的光线,此时两支蜡烛的像完全重叠,如图所示:
9.【答案】
【解析】解:作出A点的像点,再连接眼睛和像点,交平面镜于O点,连接AO可得到入射光线,O与眼睛的连线为反射光线。
10.【答案】
【解析】太阳在水中成像属于平面镜成像,由平面镜成像的原理可知,水中太阳的像与太阳关于水面对称,过水面作与太阳相对称的像点,连接像点与眼睛,与水面相交的点即为入射点,入射点与眼睛之间的连线即为反射光线,太阳与入射点之间的连线为入射光线,如图所示:
11.【答案】解:先作出点光源S关于平面镜的对称点,连接与挡光板的最上右边缘,交平面镜于点O,连接SO作出入射光线,并画出反射光线;连接S与挡板最上左边缘做入射光线,并做出相应的反射光线,如图阴影部分为发光点S发出的光线经平面镜反射后照亮障碍物右边的范围:
【解析】本题用到两个知识点:一是反射光线反向延长通过发光点的像点,二是平面镜成像的特点:像与物关于平面镜对称,要作出发光点S的像点。
发光点发出的光线,反射光线若经过特定的点,作出发光点的像点,利用数学上的两点确定一条直线迅速做出反射光线,再补出入射光线是最快最准确的方法。
12.【答案】
【解析】【详解】由平面镜成像的特点可知,物体通过平面镜成虚像,像与物关于平面镜对称,塑料板在镜后不影响物体成像。分别作出物体两个端点A、B关于平面镜的对称点 、 ,然后用虚线连接,即为物体AB在平面镜中的像,如图所示:
13.【答案】解:将入射光线进行延长,延长得到的光线与折射光线进行比较:图中的折射光线比入射光线向主光轴靠拢,所以这个透镜对光线有会聚作用,因此填凸透镜;如图所示:
【解析】判断透镜类型的关键是根据透镜对光的作用,如果光线被会聚了就是凸透镜,如果光线被发散了就是凹透镜。
本题考查学生运用所学知识分析解决实际问题的能力,对学生的要求较高,要求学生熟练掌握各种光学元件的光学特点。
14.【答案】
【解析】图中经晶状体的光线会聚在视网膜后,眼睛为远视眼,因此要用凸透镜进行矫正,如图所示:
15.【答案】解:
两条平行光线,经图示透镜折射后,变得发散,因此该透镜对光线有发散作用,为凹透镜;折射光线的反向延长线的交点为凹透镜的焦点F;如图所示:
【解析】知道凸透镜有会聚光线的作用,凹透镜有发散光线的作用。根据入射光和折射光的方向,判断光线被会聚了还是发散了:若光线被会聚则填凸透镜,若光线被发散则填凹透镜。
在分析会聚、发散现象时,需要将折射光线与入射光线的传播方向进行比较。若比原来靠近主光轴则为会聚作用;若比原来远离主光轴,则为发散作用。
16.【答案】
【解析】【详解】近视眼的晶状体变厚,对光的会聚作用变强,来自远处的光经过晶状体后,在视网膜前方成像,光路如图甲:
凹透镜对光有发散作用,来自远处的光经凹透镜之后变得发散一些,发散的光经变厚的晶状体折射后重新会聚在视网膜上,如图乙:
17.【答案】
【解析】过O点作空气与水之间界面的垂线,即为法线。由图可知,反射光线OB与水面的夹角为,则反射角为
由光的反射定律可知,反射角等于入射角,则入射角的度数为,作出入射光线。由光的折射规律可知,当光线从空气一侧射入水中时,折射角小于入射角,以此作出折射光线,如图所示:
18.【答案】解:过入射点O作垂直于界面的法线,根据反射光线、入射光线以及法线在同一平面内,反射角等于入射角,在法线右侧的水中画出反射光线;
根据折射光线、入射光线以及法线在同一平面内,折射角大于入射角,在法线右侧的空气中画出折射光线,如图所示;
【解析】先过入射点作出法线,然后根据反射光线、入射光线以及法线在同一平面内,并且反射角等于入射角,画出反射光线;
根据折射光线、入射光线以及法线在同一平面内,折射角大于入射角,确定折射光线的方向。
在两种透明介质的界面上,折射和反射一般是同时发生的,反射光线与入射光线在同种介质中,折射光线和入射光线在不同种介质中。
19.【答案】解:过凸透镜光心的光线传播方向不改变;平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点如图所示:
【解析】在作凸透镜的光路图时,先确定所给的光线的特点再根据透镜的光学特点三条特殊光线来作图。
凸透镜的三条特殊光线:①通过焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴;②平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点;③过凸透镜光心的光线传播方向不改变。
20.【答案】解:过凹透镜光心的光线传播方向不改变;延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴。如图所示:
【解析】在作凹透镜的光路图时,先确定所给的光线的特点再根据透镜对光的作用来作图。
凹透镜三条特殊光线的作图:①延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴;②平行于主光轴的光线经凹透镜折射后,其折射光线的反向延长线过焦点;③过凹透镜光心的光线传播方向不改变。
21.【答案】解:对于凹透镜,指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴;该折射光线又平行于主光轴射入凸透镜中,则平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点。
故答案为:
【解析】首先要知道平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点,指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴。再根据图示补出折射光线。注意经凹透镜折射后的光线是凸透镜的入射光线。
凸透镜有三条特殊光线:过光心的光线其传播方向不变;过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点。
凹透镜有三条特殊光线:过光心的光线其传播方向不变;指向另一侧焦点的光线经凹透镜折射后折射光线平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点。
22.【答案】
【解析】通过凸透镜左侧焦点的光线经凸透镜折射后将平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凹透镜折射后,其折射光线的反向延长线过凹透镜左侧的焦点,如图所示:
23.【答案】
【解析】解:
平行于主光轴的光线经凸透镜折射后将过焦点,延长线过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后将平行于主光轴射出,如图所示。
24.【答案】略
【解析】凸透镜的三条特殊光线:过光心的光线其传播方向不变;过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点;据此作图如下
25.【答案】
【解析】【详解】光从空气中射入水中,在水面处发生折射,光在水中射到平面镜上又发生反射,反射后的光线恰过P点。根据平面镜成像特点,作出O点关于镜面的对称点,连接和P,与镜面的交点为入射点,连接O点和入射点为平面镜反射的入射光线,也是光从空气中射入水中的折射光线,如图所示:
26.【答案】
【解析】分别作出A、B两点的对称点、,连接即为AB的像,如下图所示:
过入射点垂直界面作出法线,在空气中法线右侧斜向上作出反射光线OB,并使反射角等于入射角;在法线右侧的水中斜向下作出折射光线OC,使折射角小于入射角,如图所示:
根据凹透镜的三条特殊光线可知,延长线过凹透镜另一侧焦点的光线经凹透镜折射后,将平行于主光轴;过凹透镜光心的光线经凹透镜折射后,传播方向不变,据此完成AB的入射光线和CO的折射光线,如图所示:
27.【答案】
【解析】由平面镜的成像特点:像与物的连线与镜面垂直,过作镜面的垂线,据像和物到镜面的距离相等,确定发光点S的位置。连接,入射点与P点的连线即为S点发出的光线经平面镜后过P点的反射光线,连接S与入射点即为入射光线,如图所示:
由题图可知,此时成的是正立放大的虚像,所以,物体处于凸透镜的焦点以内,连接、A并延长与主光轴的交点为光心O;从A平行于主光轴的光线经凸透镜过焦点,其反向延长线过像点,与主光轴的交点为焦点F,如图所示:
木块对斜面的压力是垂直于斜面的,其作用点是在斜面的表面,压力的示意图如下图;物体受到的重力作用在物体上,方向为竖直向下,如图所示:
28.【答案】
【解析】通过平面镜作出S的对称点,即为光源S的像位置,连接与凸透镜的入射点,即反射光线,反射光线与主光轴的交点即凸透镜的焦点F。
29.【答案】
,
【解析】先画出法线,当光从空气斜射入玻璃时,折射光线和入射光线分居法线的两侧,折射角小于入射角,折射光线靠近法线;当光从玻璃斜射入空气时,折射光线和入射光线分居法线的两侧,折射角大于入射角,折射光线远离法线,如图所示:
左图中,由给出的光线可知,原本向中间平行的光线经透镜折射后变得发散,因凹透镜对光线有发散作用,故虚线框内的是凹透镜。如图所示:
右图中,由给出的光线可知,一束跟主光轴平行的光的折射光线为会聚光束,而凸透镜对光线有会聚作用,故虚线框内是凸透镜,如图所示:
30.【答案】
【解析】凸透镜的三条特殊光线为:
平行于主光轴的光线:经过凸透镜后会汇聚于焦点。
通过凸透镜的光线:传播方向不变。
由焦点发出或经过焦点射向凸透镜的光线:经过凸透镜后会平行于主光轴传播。
根据凸透镜的三条特殊光线作出光经过凸透镜后的折射光线;由图可知物距在一倍焦距以内,成正立虚像为:
31.【答案】
【解析】解:
①平面镜和凸透镜的关系是:平面镜和主光轴相交角放置,经凸透镜折射后的光线与主光轴平行;
②对于凸透镜:过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点;
③对于平面镜:反射光线与入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角,折射光线与平面镜成45度角;
根据以上内容和图示完成光路图。
①凸透镜有三条特殊光线:过光心的光线其传播方向不变;过焦点的光线经凸透镜折射后折射光线平行于主光轴;平行于主光轴的光线经凸透镜折射后折射光线通过焦点。
②光的反射定律的内容是:反射光线、入射光线、法线在同一个平面内,反射光线与入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角。
32.【答案】
【解析】【详解】从凸透镜焦点射向凸透镜的入射光线经凸透镜折射后平行于主光轴射出,据此作出经凸透镜的折射光线,也就是入射到平面镜的入射光线,过入射点作法线,根据反射角等于入射角作出反射光线,如图所示:
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