胡殿永

用幾何作圖的方法研究光的傳播規(guī)律和解決光的傳播問題是學習光學知識的重要方法。物理學家巧妙地用“帶有箭頭的直線”表示光的傳播徑跡和方向，根據(jù)光的直線傳播規(guī)律、光的反射定律、平面鏡成像特點、光的折射規(guī)律，以及透鏡的成像規(guī)律及特點。我們就能畫出各種情況下光的傳播情況。

根據(jù)光的直線傳播規(guī)律作圖

光的直線傳播規(guī)律是指光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播。由光的直線傳播規(guī)律產(chǎn)生的現(xiàn)象有小孔成像、影子、日食和月食等，利用光的直線傳播規(guī)律的例子有排隊、激光準直、射擊瞄準等，這些自然現(xiàn)象和生活實例都可以“畫”出來，同學們作圖時要注意：畫光線必須用直尺（或三角板）作圖，光線要畫成實線。箭頭方向表示光的傳播方向。

根據(jù)光的反射定律作圖

為了表示發(fā)生反射現(xiàn)象時反射光的傳播方向。物理學家引入輔助線——法線，并得出了光的反射定律，即“在反射現(xiàn)象中，反射光線、入射光線和法線都在同一平面內(nèi)；反射光線、入射光線分別位于法線兩側(cè)：反射角等于入射角”。據(jù)此，根據(jù)平面鏡位置和入射光線（或反射光線）可以畫出反射光線（或入射光線），根據(jù)入射光線和反射光線可以畫H{法線并確定平面鏡位置。同學們作圖時要利用直尺（或三角板）和量角器。入射光線和反射光線都要畫成帶箭頭的實線，法線要畫成虛線，反射角和入射角要畫成等大的角。

例1 如圖1所示。在O點放置一個平面鏡。使與水平方向成60°角的太陽光經(jīng)O點反射后。水平射入窗口P。請你在圖中畫出平面鏡的位置。并標出反射角的度數(shù)。

解析：根據(jù)題意可知，陽光經(jīng)O點反射后射入窗口P，即知道了反射光線的方向，并可確定反射光線和入射光線的夾角。為180°-60°=120°。作出反射光線和入射光線夾角的角平分線即為法線。作出法線的垂線即為平面鏡所在位置。反射光線和法線的夾角即為反射角，等于60°。

答案：如圖2所示。

根據(jù)平面鏡成像特點作圖

根據(jù)實驗。我們得到了“平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面對稱”的結(jié)論。如圖3所示。由發(fā)光點S發(fā)出的光。經(jīng)平面鏡反射后進人人眼，人由于有光沿直線傳播的經(jīng)驗，故會感覺光是從進入人眼的光線的反向延長線的交點S'發(fā)出的，S'就是S在平面鏡中成的虛像，由反射定律和幾何知識，我們可以證得SS'垂直于鏡面，且SA=S'A，即S和S'關(guān)于平面鏡對稱。每個發(fā)光點成的像都與發(fā)光點關(guān)于平面鏡對稱。整個物體所成的像也與物體關(guān)于平面鏡對稱。作圖時。為了簡便起見，同學們畫一條入射光線和對應的反射光線即可。

該部分作圖題目包括根據(jù)物與像對稱關(guān)系由物畫像、根據(jù)物與像對稱關(guān)系畫平面鏡、根據(jù)平面鏡成像特點由像找物、結(jié)合光的反射定律畫入射光線或反射光線等。

根據(jù)光的折射規(guī)律作圖

當光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時。傳播方向?qū)l(fā)生改變，如光從空氣斜射入水（或玻璃）中時，折射角小于入射角。如圖4所示。常見的題型包括根據(jù)光的折射規(guī)律畫發(fā)生一次折射時的入射（或折射）光線的大致位置、畫連續(xù)發(fā)生兩次折射的光路圖，根據(jù)折射成像原理作圖。結(jié)合光的反射定律或平面鏡成像特點綜合作圖等。

例2 如圖5甲所示，人眼看到斜插入水中的筷子發(fā)生了彎折，請在圖5乙中畫出能說明這一現(xiàn)象的一條入射光線及對應的折射光線，要求以O(shè)點為入射點。

解析：人眼看到斜插入水中的筷子發(fā)生了彎折，是由光的折射現(xiàn)象造成的。處于水下部分的筷子反射的光在水中傳播。經(jīng)過水和空氣分界面后進入空氣中傳播。由于折射，其傳播方向發(fā)生了改變，光線進入人眼。人眼看到的是水下部分筷子的虛像。在筷子的上方。根據(jù)題目要求，畫出能說明這一現(xiàn)象的一條入射光線及對應的折射光線即可，要畫成從水中折射入空氣中的光線。

答案：如圖6所示。

根據(jù)透鏡的成像規(guī)律及特點作圖

根據(jù)透鏡的成像規(guī)律及特點作用。包括根據(jù)透鏡對光線的作用畫折（或入）射光線、根據(jù)透鏡的會聚或發(fā)散作用填（或畫）透鏡類型、與光的反射結(jié)合綜合作圖、根據(jù)成像的性質(zhì)畫出物體的大致位置及物體的大小、根據(jù)物像關(guān)系確定焦點等，這類題目常根據(jù)透鏡的三條特殊光線作圖。

對于凸透鏡，通過光心的光線，其傳播方向不變：平行于主光軸的光線，其折射光線通過另一側(cè)的焦點：通過焦點的光線，其折射光線平行于主光軸。對于凹透鏡。通過光心的光線，其傳播方向不變：平行于主光軸的光線，其折射光線的反向延長線過虛焦點：指向凹透鏡另一側(cè)虛焦點的光線，其折射光線平行于主光軸。

同學們作圖時要嚴格依據(jù)光學規(guī)律和實際情況規(guī)范作圖：（1）借助尺規(guī)等工具規(guī)范作圖。（2）實際光線畫成實線，輔助線畫成虛線；光線標上箭頭，箭頭指向光線傳播方向。（3）法線與界面或鏡面垂直，像與物之間的連線與鏡面垂直，垂直處畫出垂足符號等。