光学作用图很重要 作图方法有诀窍

胡殿永

用几何作图的方法研究光的传播规律和解决光的传播问题是学习光学知识的重要方法。物理学家巧妙地用“带有箭头的直线”表示光的传播径迹和方向，根据光的直线传播规律、光的反射定律、平面镜成像特点、光的折射规律，以及透镜的成像规律及特点。我们就能画出各种情况下光的传播情况。

根据光的直线传播规律作图

光的直线传播规律是指光在同种均匀介质中沿直线传播。由光的直线传播规律产生的现象有小孔成像、影子、日食和月食等，利用光的直线传播规律的例子有排队、激光准直、射击瞄准等，这些自然现象和生活实例都可以“画”出来，同学们作图时要注意：画光线必须用直尺（或三角板）作图，光线要画成实线。箭头方向表示光的传播方向。

根据光的反射定律作图

为了表示发生反射现象时反射光的传播方向。物理学家引入辅助线——法线，并得出了光的反射定律，即“在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一平面内；反射光线、入射光线分别位于法线两侧：反射角等于入射角”。据此，根据平面镜位置和入射光线（或反射光线）可以画出反射光线（或入射光线），根据入射光线和反射光线可以画H{法线并确定平面镜位置。同学们作图时要利用直尺（或三角板）和量角器。入射光线和反射光线都要画成带箭头的实线，法线要画成虚线，反射角和入射角要画成等大的角。

例1 如圖1所示。在O点放置一个平面镜。使与水平方向成60°角的太阳光经O点反射后。水平射入窗口P。请你在图中画出平面镜的位置。并标出反射角的度数。

解析：根据题意可知，阳光经O点反射后射入窗口P，即知道了反射光线的方向，并可确定反射光线和入射光线的夹角。为180°-60°=120°。作出反射光线和入射光线夹角的角平分线即为法线。作出法线的垂线即为平面镜所在位置。反射光线和法线的夹角即为反射角，等于60°。

答案：如图2所示。

根据平面镜成像特点作图

根据实验。我们得到了“平面镜所成的像与物体关于镜面对称”的结论。如图3所示。由发光点S发出的光。经平面镜反射后进人人眼，人由于有光沿直线传播的经验，故会感觉光是从进入人眼的光线的反向延长线的交点S'发出的，S'就是S在平面镜中成的虚像，由反射定律和几何知识，我们可以证得SS'垂直于镜面，且SA=S'A，即S和S'关于平面镜对称。每个发光点成的像都与发光点关于平面镜对称。整个物体所成的像也与物体关于平面镜对称。作图时。为了简便起见，同学们画一条入射光线和对应的反射光线即可。

该部分作图题目包括根据物与像对称关系由物画像、根据物与像对称关系画平面镜、根据平面镜成像特点由像找物、结合光的反射定律画入射光线或反射光线等。

根据光的折射规律作图

当光从一种介质斜射入另一种介质时。传播方向将发生改变，如光从空气斜射入水（或玻璃）中时，折射角小于入射角。如图4所示。常见的题型包括根据光的折射规律画发生一次折射时的入射（或折射）光线的大致位置、画连续发生两次折射的光路图，根据折射成像原理作图。结合光的反射定律或平面镜成像特点综合作图等。

例2 如图5甲所示，人眼看到斜插入水中的筷子发生了弯折，请在图5乙中画出能说明这一现象的一条入射光线及对应的折射光线，要求以O点为入射点。

解析：人眼看到斜插入水中的筷子发生了弯折，是由光的折射现象造成的。处于水下部分的筷子反射的光在水中传播。经过水和空气分界面后进入空气中传播。由于折射，其传播方向发生了改变，光线进入人眼。人眼看到的是水下部分筷子的虚像。在筷子的上方。根据题目要求，画出能说明这一现象的一条入射光线及对应的折射光线即可，要画成从水中折射入空气中的光线。

答案：如图6所示。

根据透镜的成像规律及特点作图

根据透镜的成像规律及特点作用。包括根据透镜对光线的作用画折（或入）射光线、根据透镜的会聚或发散作用填（或画）透镜类型、与光的反射结合综合作图、根据成像的性质画出物体的大致位置及物体的大小、根据物像关系确定焦点等，这类题目常根据透镜的三条特殊光线作图。

对于凸透镜，通过光心的光线，其传播方向不变：平行于主光轴的光线，其折射光线通过另一侧的焦点：通过焦点的光线，其折射光线平行于主光轴。对于凹透镜。通过光心的光线，其传播方向不变：平行于主光轴的光线，其折射光线的反向延长线过虚焦点：指向凹透镜另一侧虚焦点的光线，其折射光线平行于主光轴。

同学们作图时要严格依据光学规律和实际情况规范作图：（1）借助尺规等工具规范作图。（2）实际光线画成实线，辅助线画成虚线；光线标上箭头，箭头指向光线传播方向。（3）法线与界面或镜面垂直，像与物之间的连线与镜面垂直，垂直处画出垂足符号等。