初中物理专题────光学作图
在初中物理中光学作图涉及到四种类型： 1、有关光沿直线传播的概念和应用
2、光的反射定律和平面镜成像规律的作图及应用 3、光的折射定律及透镜的作图和应用 4、凸透镜成像规律及其应用
［知识点分析］
一、光的反射
光的反射定律：反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角；光的反射中光路是可逆的。
二、光的折射
光的折射定律：折射光线与入射光线、法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居在法线的两侧；折射角大于、小于或等于入射角；光的折射中光路是可逆的。
光的折射定律的内容、作图、应用及其与光的反射定律的异同。 （1）相同点
①折射光线和反射光线都位于入射光线和法线决定的平面内。 ②折射光线和反射光线均分居法线的两侧。
③当入射角变化时，折射角和反射角都随之变化。 ④在折射和反射现象中，光路都是可逆的。 （2）不同点
①反射光线与对应的入射光线在同种介质中；折射光线与对应的入射光线在两种不同介质中，位于界面的两侧。
②反射角等于入射角，但折射角一般不等于入射角，并且当光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角，而光从其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。
三、透镜
透镜的分类：凸透镜、凹透镜。
凸透镜：中间厚，边缘薄，有双凸、平凸、凹凸三种，如右图所示；凸透镜对光有会聚作用。
凹透镜：中间薄，边缘厚，有双凹、平凹、凸凹三种，如右图所示；凹透镜对光有发散作用。
凸透镜成像规律：
规律1：当物距大于2倍焦距时，则像距在1倍焦距和2倍焦距之间，成倒立、缩小的实像。此时像距小于物距，像比物小，物像异侧。应用：照相机、摄像机。
规律2：当物距等于2倍焦距时，则像距也在2倍焦距， 成倒立、等大的实像。此时物距等于像距，像与物大小相等，物像异侧。
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规律3：当物距小于2倍焦距、大于1倍焦距时，则像距大于2倍焦距， 成倒立、放大的实像。此时像距大于物距，像比物大，物像异侧。应用：投影仪、幻灯机、电影放映机。
规律4：当物距等于1倍焦距时，则不成像，成平行光射出。
规律5：当物距小于1倍焦距时，则成正立、放大的虚像。此时像距大于物距，像比物大，物像同侧。应用：放大镜。
四、平面镜作图题解题指导 （一）作图依据的原理
1、光的反射定律：（1）反射光线与入射光线、法线在同一平面上；（2）反射光线和入射光线分居在法线的两侧；（3）反射角等于入射角。
2、平面镜成像的特点：（1）平面镜所成的像和物体到镜面的距离相等；（2）像与物体的大小相等；（3）像与物体的连线与镜面垂直；（4）像与物左右相反；（5）成虚像。 （二）作图的规范化要求
1、平面镜的反射面和非反射面不能混淆，平面镜的非反射面要画上短斜线。
2、实际光线（入射光线和反射光线）要画成实线，并用箭头表示光行进的方向。实物用实线表示。
3、虚像、法线和光的反向延长线要用虚线表示。
4、为了表示实物和虚像的对称点，实物和虚像都要标上箭头或字母。 5、要符合光的反射定律和平面镜成像的特点。
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（三）平面镜作图题的类型和解法 1、确定平面镜的位置
（1）根据入射光线和反射光线位置确定平面镜的位置： ①找到入射光线和反射光线及其交点。
②画法线。根据光的反射定律知，反射角等于入射角，所以反射光线与入射光线的角平分线即为法线。
③画平面镜。平面镜与法线垂直。
（2）根据像与物的位置确定平面镜的位置 ①将像与物的对应点连接（虚线）。
②作此虚线的垂直平分线，即平面镜的位置。 ③在平面镜的一侧画上短斜线。 2、确定平面镜所成像的位置
（1）根据反射光线位置确定像的位置
①画出物体上一点发出的任意两条光线，并分别划出反射光线。 ②将反射光线延长，并找到交点，交点即为物体上那点的像。 （2）根据像与物到平面镜的距离相等确定像的位置
①在物上取任意两点A、B分别过这两点作到平面镜的垂线，并延长。
②在延长线上取点A'到平面镜的距离与A到平面镜的距离相等。同理找到B'点。 ③根据这两个对应点的位置就可以大致画出像的形状和位置了，如果还画不出来，可以多选几个对应点。 3、确定物的位置
（1）根据反射定律分别作出反射光线对应的入射光线。这两条直线的交点即入射光线的交点，为发光点S的位置。
（2）可利用反射光线先确定像的位置，再由像确定物的位置。
五、巧解时钟问题
“在平面镜中看到时钟的指针如图所示，那么此时是什么时刻？”对此问题许多同学感到有一定困难。
解法一：“反看正读法”
从题目纸的背面看图，采用常规的读数方法，容易读出此刻为11:35。 解法二：“正看逆读法”
按逆时针方向读数，图上的数字也相应按逆时针方向从小到大排列，不难读出此时为11:35。（如图一所示） 解法三：“十二扣除法”
将时钟上的时间按常规读法读出时间后，再从十二中减去这个时刻即为实际时刻，如图二所示：常规读法时间为0:25，则实际时间为12:00-0:25=11:35。 解法四：“对称法”
平面镜成像特点之一是像与物左右颠倒，因此可以根据轴对称图形的性质得出结论，即该时刻为11:35。
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六、透镜的三条特殊光路图
凸透镜的三条特殊光线
（1）平行于主光轴的光线经凸透镜折射后，经过焦点F； （2）经过焦点F的光线经凸透镜折射后，平行于主光轴； （3）经过光心的光线，其传播方向不变。
凹透镜的三条特殊光线
（1）平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，其反向延长线经过焦点F； （2）射向另一侧焦点F的光线经凹透镜折射后，平行于主光轴； （3）经过光心的光线，其传播方向不变。
［典型例题］
类型Ⅰ：平面镜作图
例1、如图所示，入射光线AO与平面镜MM'的夹角是30°，如果保持入射光线不动，使平面镜绕入射点O逆时针转动10°角时，则反射光线和入射光线的夹角是（ ） A. 增加20° B. 增加10° C. 减小20° D. 减小10° 解析：当平面镜没有转动时，入射角为60°，反射角也是60°，反射光线与入射光线的夹角是120°。当平面镜逆时针转动10°时，入射光线与平面镜的夹角为40°，那么入射角就是50°，反射角也是50°，此时反射光线与入射光线的夹角就是100° ，与平面镜转动前相比较减少20°，故C选项正确
例2、太阳光与水平面成45°角，照射到地面上，为了使光线成水平照到右边的墙上，地面上的平面镜与水平面应成多大的角度？
首先画水平面，以虚线BB'表示；画带箭头的入射光线AO交BB'于O；根据题意，反射光线应沿BB'，画带箭头的实线OB表示，则∠AOB=180°-45°=135°；作∠AOB的平分线EO，则∠i=∠r=135°／2=67.5°；作EO的垂线MN，即平面镜镜面位置。此时镜面与水平面的夹角∠NOB=∠NOE-∠r=90°-67.5°=22.5°。
例3、在图2中，S'为发光点S在平面镜中的像点，在图中画出平面镜的位置。
解答：根据平面镜成像规律中“像和物的连线跟镜面垂直，它们到镜面的距离相等”这一特点，S'和S的连线的垂直平分线即为平面镜镜面位置（如图2）。
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例4、如图3所示，A'B'是物体AB在平面镜中所成的像。请你在图中画出平面镜的位置。并用短斜线标出平面镜的背面（保留确定平面镜位置的有关线段）。
解答：本题是将例3的像点S'换成了像A'B'、物点S换成了实物AB。其作图方法一样，只需将物AB与像A'B'的任一对称点（比如B、B'）连接起来再作BB'的垂直平分线（MN）即可。
例5、某发光点S发出的两条光线经平面镜反射后分别沿O1A和O2B方向射出，根据平面镜成像规律，在图4中画出发光点S的位置。具体步骤：
解1：根据光的反射定律，由O1A、O2B这两条反射光线可分别作出与它们相应的入射光线所在的直线，这两条直线的交点即入射光线的交点，也即为发光点S的位置。具体步骤： ①作平面镜的法线O1M和O2N； ②用铅笔作入射光线所在直线O1S1和O2S2，其交点S即为发光点的位置； ③最后由S向O1和O2作带箭头的入射光线SO1和SO2（如图5）。
解2：将两条反射光线O1A和O2B用虚线反向延长，相交于S'，S'即为像点的位置；作出S'关于镜面的对称点S，S即为发光点的位置，过S点补画入射光线SO1及SO2（如图6）。
例6、根据平面镜成像的特点，在图7中画出物体AB在平面镜MN中所成的像。
解答：如图8所示，①从A点任选两条入射光线作出它们的反射光线及反射光线延长线的交点A'，A'即是A在平面镜中的像；②用同样的方法作出B在平面镜中的像B'；③用虚线连接A'、B'，并在A'上加一个箭头，此时的A'B'即为AB在平面镜中的像。
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