谈初中物理光学作图的技巧

摘 要：光学作图问题是近几年的中考物理常见题型，同时，它也是反映学生对光学知识理解和掌握程度一种训练方式。因此，在这部分教学中，教师有必要针对平面镜成像、光的反射、光的折射、凸透镜成像等作图问题，对学生进行系统化地训练。

关键词：初中；物理；光学；作图

初中八年级将要学习《多彩的光》，这是学生初次接触光学知识，也是第一次接触物理作图。光学作图，既可以反映学生对光学知识的理解和掌握程度，提高学生对光学知识的理解和应用能力，更有助于提高学生物理作图的能力。因此，我们有必要，在这一章的学习将要结束时，针对光学作图问题对学生进行训练。

在训练之初，也是在学生刚开始接触物理作图的时候，我们首先要对学生进行严格要求，讲清楚作图要领。光学作图，是学生最早接触的物理作图问题。若能在这个时候养成好的作图习惯，对学生以后画力的示意图、杠杆示意图、滑轮组、电路图、电磁现象图等都将有很大的帮助。很多学生会觉得简单，无非就是几个点、几条线罢了。其实，光学作图时，点的位置、线的虚实、线段的长短及方向的起止都很有讲究。正所谓，工欲善其事必先利其器，选择合适的作图工具也很重要，铅笔、直尺和圆规的规范使用一定要严格要求，切不可图个方便，随手而画。在这里，教师更要注意规范的板书演示，给学生做好榜样。

光学作图问题可分为反射、折射和凸透镜成像三大类，不管是哪种作图问题，首先都要熟练掌握好光在各种情况下的传播规律。下面，我就谈一谈怎样结合习题训练学生的光学作图技巧。

一、光的反射作图

光的反射规律是：反射光线与入射光线和法线在同一平面内；反射光线与入射光线分居法线两侧，；反射角等于入射角，通常情况下，法线的确定是解题的关键。在教学中，我选择了以下类型题：

1.已知入射光线（或反射光线），画出反射光线（或入射光线）

解题技巧：这类题比较简单，解题顺序是先画“法线”，确认入射角或反射角，再画出另一条线。（如图1）

2.已知入射光线和反射光线，确认平面镜位置

解题技巧：先找出入射光线和反射光线的夹角的角平分线，即“法线”。然后过入射点作法线的垂线，即平面镜的所在位置。

例1：如图2所示，用一平面镜将与水平方向成30°角的阳光反射进井底。在图中画出平面镜的位置。

解析：解这道题需要画出法线。那么首先依据题意画出反射光线1，然后画出入射光线和反射光线夹角的角平分线2，也就是法线。最后，作垂直于法线2的平面镜3。见图3。

3.已知光源和反射光线经过点，画出光的传播途径

解题技巧：根据平面镜的成像原理，反射光线的反向延伸线必经过虚像点。

例2：图4中，S是点光源，下方有一平面镜，若反射光线过P点。请画出光路图。

解析：由于此题无法确定入射点，因而直接画出光路图有一定的困难。可先通过平面镜成像特点确定像点，再根据平面镜成像原理作图。见图5。

二、光的折射作图

光的折射规律是：折射光线与反射光线和法线在同一平面内；折射光线与入射光线分居法线两侧；光从空气斜射入水或玻璃，折射角小于入射角；光从水或玻璃斜射入空气，折射角大于入射角；光垂直入射时，传播方向不变。在教学中，我选择了以下类型题：

1.已知入射光线（或反射光线），画出折射光线

例3：如图6甲所示，有一束由空气射入水中的光，请画出反射光线和折射光线。

解析：“法线”还是解题的关键，作出“法线”以后，依据折射规律，确认折射角并画出折射光线。如图6中乙。

2.已知眼睛和观察对象位置，画出光的传播路径

解题技巧：折射现象中，无论光从哪种介质中射入，总是在空气这一侧的角大，又称“斜角空气大”。

例4：如图7所示，潜水员的眼睛在水下A处。B点有条小鱼，C点有只小鸟。请作出潜水员观察小鸟和鱼的光路图。

解析：潜水员在水下看到了鸟和鱼，实质是因为B、C两点有光线传到A点。由于A、B两点同处于水中，光沿直线传播；光从C处传播到A处，是光的折射，可按照“斜角空气大”的规律作图。得到图8。

三、凸透镜、凹透镜对特殊光线的作用

透镜对光线的影响作用是：平行于凸透镜主光轴的光线经折射后过焦点；过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴。平行于凹透镜主光轴的光线经折射后反向延长线过焦点；延长线过焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴。凸透镜和凹透镜，过光心的光线传播方向不改变。有一顺口溜，可以快速记忆这一规律：

不过很多试题中出现的却不是上述三种光线。当遇到特殊光线的时候，就要根据光线穿经过透镜所成的像点来突破了，如下面几道例题：

例5：在图11中画出折射光线。

解析：这是一条特殊光线，无法运用规律直接作图。这时候，就需要利用像点来解决问题。先在光线ab上找一点S，假设S为光源，作两条光线。一条光线与主光轴平行，过凸透镜后必过焦点，另一条光线通过光心，传播方向保持不变。那么，两条折射光线的交点就是S的像点S’。既然光线ab相当于S发出的一条光线，那么，其经过凸透镜后必过像点S’，见图12。

例6：在图13中通过作图确定凸透镜的焦点位置。

解析：通常情r下，题目中都是明确焦点位置的。而这道题，却要求通过作图确定焦点位置。做法仍然是先在入射光线上取一点，假设其为光源S，然后做一条过光心的光线，这条光线与题中折射光线的交点就是S的像点S’。再做一条光线与主光轴平行，过透镜后必经过焦点和像点S’。这样就得到了折射光线和主光轴的交点，就是焦点F。如图14。

例7：如图15中甲所示，设OO’是凸透镜的主光轴，S和S’分别为点光源和像点，SA为点光源发出的一条光线。请在图中适当的位置画出凸透镜，和SA过凸透镜的光路图。

解析：SA是一条特殊光线，由其直接画出光路很困难。这时，就要换个思路，从凸透镜所成的像来寻找突破口，连接S、S’两点，与主光轴的交点就是凸透镜的光心。由于“凸透镜的像是由折射光线形成的”，所以，光线SA过凸透镜后的折射光线必过S’，由此画出SA过凸透镜的光路图。如图15中的乙。

这三道例题，一个要求画出折射光线，一个要求画出焦点，另一个要求画出凸透镜的位置。尽管问题各不相同，但是解题的关键点，都是根据透镜成像规律找到像点来解题的，这一点要提醒学生在解题中注意。

总之，万变不离其宗。虽然光学作图题目千变万化，但光的传播过程始终是遵循光的直线传播、光的折射、光的反射规律的。我们要在教学中提醒学生认识到这一点，不要被五花八门的问题所迷惑，守住光学作图的根本规律，把握好作图策略，一定可以在作图题中“游刃有余”。

参考文献：

[1]陈平.关于物理作图题教学的思考[J].读写算（教育教学研究），2010（20）.

[2]吴玉珍.半亩方塘一镜开――光现象作图的几点技巧[J].中学物理（初中版），2011，29（7）.

[3]李万红.从像到图――初中物理光学作图小窍门[J].空中英语教师（新教师教学），2011（5）.

[4]刘庆贺.光学作图花样百出[J].初中全科导学，2010（11）.