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‎2009年中考物理光学 力学作图题分析 黑河市教师进修学校 王桂梅 光学作图题分析 光学作图题主要涉及到以下几种类型：（1）已知入射光线，根据光的反射定律作图；（2）利用平面镜成像特点作出物体在平面镜中的像；（3）利用光的反射定律作出物体在平面镜中的像；（4）利用光的折射规律作图；（5）光在两种介质分界面上同时发生反射和折射；（6）光经过凸透镜折射；（7）利用凸透镜成像规律作图。‎ 已知入射光线，根据光的反射定律作图 ‎1.（北京市）如图甲，AO为入射光线，ON为法线。请画出入射光线AO的反射光线。‎ 分析：这是一道简单的利用光反射定律作图的题。在图中给出了平面镜、入射光线和法线，要求画出反射光线。只要掌握光反射定律，根据光反射定律作图就可以了。光的反射定律：在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一个平面内，反射光线、入射光线分居法线两侧，反射角等于入射角。‎ O A N 平面镜 甲 O A N 平面镜 B 乙 解答见图乙。‎ ‎ 利用平面镜成像特点作出物体在平面镜中的像 ‎2. （江苏省）根据平面镜成像特点，在图中画出物体AB在平面镜MN中所成的像A’B’。‎ 分析：这是一道根据平面镜成像特点作图的题。平面镜成像特点是：像与物关于平面镜对称，像与物等大，所成的像是虚像。作图时首先根据平面镜成像特点：像与物关于平面镜对称，作出物体AB上两点A和B在平面镜中的像A’和B’，然后连接A’、B’两点，A’B’即为AB在平面镜中的像。作图时注意：由于平面镜所成的像不是实际光线会聚成的，是虚像，所以像A’B’要用虚线表示。‎ A B M N A’‎ B’‎ 乙 A B M N 甲 解答见图乙 利用光的反射定律作出物体在平面镜中的像 ‎3. （哈尔滨市）请利用光的反射定律，在图甲中作图确定蜡烛上A点在平面镜中像的位置。‎ 分析：这也是一道关于平面镜成像的作图题，但题目要求是根据光的反射定律确定某一点的像的位置。要利用光的反射定律确定某一点在平面镜中像的位置，至少要画从这点发出的两条入射光线，依据光的反射定律画出它们的反射光线，反射光线的反向延长线的交点就是这一点在平面镜中像的位置。从A点任意画两条入射到平面镜上的光线AB、AD，入射点分别为B和D，根据光的反射定律画出AB的反射光线BC，AD的反射光线DE，反射光线BC、DE的反向延长线的交点A’即为A点的像。作图时注意由于反射光线的反向延长线不是实际的光线，所以要用虚线。‎ A’‎ A 乙 B D C E 解答如图乙。‎ A 甲 利用光的折射规律作图 ‎4. （山东省、广东省）如图甲AO表示从空气斜射向平行玻璃砖上表面的一束光，请大致画出这束光通过玻璃砖的光路图。‎ 分析：这是利用光的折射规律作图题。光线从空气斜射入玻璃砖上表面通过玻璃砖的过程，实际上是经过这样两次折射：光线由空气斜射入玻璃、再由玻璃斜射入空气中。只要掌握光的折射规律：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向要发生偏折，这种现象叫做光的折射，光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折。进行作图就可以了。光由空气（光疏媒质）斜射入玻璃（光密媒质）时，折射光线向法线偏折，光线由玻璃（光密媒质）斜射入空气（光疏媒质）时，折射光线偏离法线。‎ 作图时注意：光由空气斜射入玻璃时的入射角与光由玻璃斜射入空气时的折射角相等，光由空气斜射入玻璃时的入射光线与光由玻璃斜射入空气时的折射光线平行。‎ 光从空气斜射向平行玻璃砖，光经过两次折射后，出射光线的方向不发生改变，只是透过玻璃砖后发生“错位”。‎ A O 乙 O’‎ A O 甲 解答见图乙。 ‎ 光在两种介质分界面上同时发生反射和折射 ‎5.（昆明市）请你在图中，作出光线由玻璃斜射入空气时的反射光线和大致的折射光线。‎ 分析：这是一道利用光的反射定律和光的折射规律作图的题。这道题既涉及到光的反射，又涉及到光的折射，光的反射是在同一介质中发生的，遵循光的反射定律；光的折射是发生在两种不同介质中，是光由一种介质进入另一种介质中时，传播方向发生偏折。‎ 根据光的反射定律作出光线AO在玻璃中的反射光线OB，根据光的折射规律作出光线AO在玻璃与空气分解面处由玻璃进入空气中的折射光线OC。作图时注意光线由玻璃（光密媒质）斜射入空气（光疏媒质）中时，折射光线要偏离法线，这时的折射角大于入射角。‎ O A N 玻璃 N’‎ 空气 乙 B C O A N 玻璃 N’‎ 空气 甲 解答见图乙。‎ ‎6.（广州市）如图所示水面上方有一发光点A1，水中另有一发光点A2，人在空气中看到A2在水中的位置就是A1在水中像的位置，画出：（1）A1发出的光经水面反射进入人眼的光路图。（2）A2发出的光进入人眼的光路图。‎ 分析：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向要发生偏折，这种现象叫做光的折射。光从空气斜射入水中或其他介质中时，折射光线向法线偏折。‎ 平静的水面相当于平面镜，根据平面镜成像特点：像与物关于平面镜对称，可以确定A1点在水中像的位置A1’。根据题中叙述A1’也是人眼看到的A2点在水中的位置。人眼看到A2在水中的位置实际上是A2在水中像的位置，要比A2点在水中的实际位置浅些。水中A2点的光线经水面折射后射入人的眼睛，这条折射光线的反向延长线经过A1点在水中的像（A2在水中的像）A1’点。连接A1’点和人眼交水面于O点，则O点为入射点，O到人眼这条光线即为A 1发出的光经水面反射的反射光线，OA1’为这条反射光线的反向延长线，所以要用虚线。连接A1O即为A1点的入射光线，连接A2O即为A2点的入射光线。这道题的作图既要用到平面镜成像特点知识，同时又要用到光的折射的知识。‎ A1‎ A2‎ 空气 水 眼 乙 空气 水 眼 A1‎ A2‎ 甲 解答见图乙。‎ O A1’‎ 光经过凸透镜折射作图 ‎7. （吉林省）在图甲中画出经凸透镜折射后的光线。‎ 分析：这是一道简单的光经过凸透镜折射的作图题。图中给出的是两条特殊的光线：一条是平行于凸透镜主光轴的光线，另一条是经过凸透镜光心的光线。只要掌握平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后会聚在焦点上，经过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后方向不发生改变，作图即可。‎ 乙 F F O 甲 F F O 解答见图乙。‎ ‎ ‎ ‎8.（沈阳市）如图甲所示是照相机的原理图，A’B’是AB的像。请画出图中与入射光线对应的折射光线，并确定凸透镜一侧焦点的位置，用字母F表示。‎ 分析：这是关于照相机原理——物体位于凸透镜2倍焦距以外，成倒立、缩小实像的问题。图中给出了物体AB经凸透镜后像A’B’的大小和位置，并且给出了A点发出的一条平行于主光轴的光线，要求确定凸透镜焦点的位置。作图时只要抓住平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后经过焦点这一条特殊光线就可以了。‎ 由图可知，A’为A点像的位置。平行于凸透镜主光轴的光线AC经凸透镜折射后折射光线一定经过A’点，连接CA’即为入射光线AC的折射光线，由于平行于凸透镜主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点，所以折射光线CA’与主光轴的交点即为此凸透镜的焦点F。‎ 解答如图乙所示 A B O A’‎ B’‎ F 乙 C A B O A’‎ B’‎ 甲 利用凸透镜成像规律作图 ‎9.（南昌市）如图甲所示，是探究凸透镜成像规律实验时，光屏上所得到的像。请你在图上大致画出像所对应的物体。‎ 分析：这是根据凸透镜成像规律作图的试题。凸透镜成像规律是：物体位于凸透镜1倍焦距以内时，在透镜的同侧成正立、放大的虚像；当物体位于1倍焦距和2倍焦距之间时，在透镜的另一侧成倒立、放大的实像，像位于2倍焦距以外；当物体位于2倍焦距时，在透镜的另一侧成倒立、等大的实像，像位于2倍焦距处；当物体位于凸透镜的2倍焦距以外时，在凸透镜的另一侧成倒立、缩小的实像，像位于1倍焦距和2倍焦距之间。‎ 图中给出像的位置是位于凸透镜2倍焦距以外，根据凸透镜成像规律可以判断，物体位于凸透镜1倍焦距和2倍焦距之间，物体小于像的大小。题目要求在图上大致画出像所对应的物体，如图乙所示。‎ 我们也可以用作图法精确的确定物体的位置和大小。在作图时，应用光经过凸透镜折射后的三条特殊光线中的任意两条就可以精确的确定物体的位置和大小。这三条光线是：通过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后方向不发生改变；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点；通过焦点的光线经凸透镜折射后平行于主光轴射出。在这里我们选择通过凸透镜光心的光线经凸透镜折射后方向不发生改变；平行于主光轴的光线经凸透镜折射后通过焦点这两条光线作图。精确作图如图丙所示。‎ 丙 物 F O ‎2F 像 ‎2F F ‎2F ‎2F F F O 像 甲 ‎2F ‎2F F F O 像 乙 物 ‎ ‎ ‎10.（黄冈市）人在水中看物体会成像在视网膜后，相当于人眼的晶状体变薄，潜水员戴上潜水镜实质是在眼前加上一个空气层，如图甲，请根据图中已有的光路，完成光路图，画出物体A的大致位置。‎ 分析：这是一道光的折射规律和凸透镜成像结合的试题，是光的折射规律和凸透镜成像规律在实际中应用的题。潜水员戴上潜水镜实质是在眼前加上一个空气层，光线由水中斜射入空气中要发生折射,折射光线要偏离法线。作图时注意：由于光是由光密媒质（水）斜射入光疏媒质（空气），折射光线要偏离法线，折射角大于入射角。‎ 解答如图乙所示。‎ 甲 潜望镜 视网膜网膜镜 水 空气层 乙 A 空气层 潜望镜 视网膜网膜镜 水 ‎ ‎ ‎ ‎ 力学作图题分析 力学作图题主要涉及到以下几种类型：（1）物体受力示意图。包括静止物体受力示意图，运动物体所受摩擦力的示意图，两个物体叠加在一起运动时的受力示意图；（2）作用在杠杆上力的力臂；（3）滑轮组的绕绳方法。‎ 静止物体受力示意图 ‎11. （桂林市 百色市）如图所示，重为10N的小球放在水平桌面上，请在图中画出小球受到的支持力和桌面受到的压力的示意图。‎ 分析：题目要求画出小球受到的支持力和桌面受到的压力的示意图，由于这两个力都在竖直方向上，所以 在作图前，首先要对小球在竖直方向上的受力情况进行分析。小球在竖直方向上受到竖直向下的重力、桌面对它的支持力，由于小球处于静止状态，所以这两个力是一对平衡力，大小相等、方向相反、并且在同一条直线上，同时作用在小球上。由此可以画出小球受到桌面对它的支持力F1。‎ 桌子受到小球的压力和桌面对小球的支持力是一对作用力和反作用力，大小相等、方向相反、并且在同一条直线上，分别作用在小球上和桌子上。由此可以画出桌子受到小球的压力F2。‎ 解答见图乙。‎ F2=10N F1=10N 乙 甲 ‎ ‎ ‎ 运动物体所受摩擦力的示意图 ‎12. （昆明市）用大小为10N水平方向的力拉着物体A沿水平桌面向左匀速运动，在图甲中用力的示意图将物体A所受到的摩擦力表示出来。‎ 分析：首先对物体A在水平方向上的受力情况进行分析。物体A在10N的水平拉力的作用下向左运动，说明物体受到一个向左的拉力作用，由于桌面不是光滑的，所以物体A要受到一个摩擦力的作用，由于摩擦力的方向总是与物体相对运动的方向相反，所以物体A要受到一个与运动方向相反即水平向右的摩擦力的作用。又由于物体A在水平方向上做匀速直线运动，说明物体A在水平方向上受到的是一对平衡力，所以物体A受到的向右的摩擦力的大小与向左的拉力的大小相等，也是10N。‎ 作图时注意：摩擦力的作用点可以在物体的重心上，也可以在物体与桌面的接触面上。‎ 解答如图乙（或丙）所示。‎ 丙 A 左 右 f=10N 乙 A 左 右 f=10N A 左 右 甲 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎13.（河南省）在探究“摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中，用弹簧测力计拉动木块在水平桌面上匀速向右运动，如图甲所示。请画出木块在运动过程中所受力示意图。‎ 分析：首先对木块进行受力分析。木块在竖直方向上受到竖直向下重力的作用和桌面对木块竖直向上的支持力的作用，这两个力是一对平衡力。木块在水平方向上受到弹簧水平向右的拉力和桌面对木块水平向左的摩擦力的作用，由于木块在水平桌面上匀速向右运动，所以这两个力也是一对平衡力。根据受力分析进行作图即可。‎ 作图时注意：摩擦力的作用点可以在物体的重心上，也可以在物体与桌面的接触面上。‎ 丙 f F FN G 乙 F FN G f 甲 解答如图乙（或丙）所示。‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 两个物体叠加在一起运动时的受力示意图 ‎14.（兰州市）如图甲所示，A物体放置在B物体上，A物体随B物体在外力F的作用下，由静止开始运动。请画出A物体所受摩擦力f和B物体所受重力G的示意图（其中G>f）。‎ 分析：这是一道两个物体叠放在一起运动的比较复杂受力分析问题。解决问题的方法是分别对每一个物体进行受力分析。首先分析物体A的受力情况。物体A在竖直方向上受到竖直向下重力作用和物体B对它的竖直向上支持力的作用，这两个力是一对平衡力。在水平方向上，由于与物体B接触，并随物体B由静止开始向右运动，所以物体A受到物体B 向右的摩擦力的作用。对于物体B ，在竖直方向上受到竖直向下的重力的作用，物体A对它竖直向下的压力的作用，桌面对它竖直向上的支持力的作用。在水平方向上，受到水平向右的拉力的作用，物体A对它水平向左的摩擦力的作用。物体A对B水平向左的摩擦力和物体B对A 水平向右的摩擦力是一对作用力和反作用力。‎ 作图时应注意：题中已经告诉B物体所受重力G大于A物体所受摩擦力f（G>f），所以在作力的示意图时，表示B物体所受重力G的线段要比表示A物体所受摩擦力f的线段长些。摩擦力的作用点可以在物体的重心上，也可以在物体与桌面的接触面上。‎ 解答如图乙（或丙）所示。‎ G B A F f 乙 B A F G f 丙 甲 B A F ‎ ‎ ‎ ‎ 作用在杠杆上力的力臂作图 ‎15. （广州市）如图所示，粗细均匀的棒一端搁在地上，另一端与支点O连接。要求：（1）作出地面对棒的支持力和棒所受重力的示意图；（2）画出重力的力臂。‎ 分析：由于棒是粗细均匀的，所以棒的重心就在它的几何中心，由此可以确定棒的重心的位置，可以画出棒受到的重力。力臂是从支点到力的作用线的距离，从支点O向重力的（作用线）作用线反向延长线做垂线，垂线段L即为棒受重力的力臂。‎ 地面对棒的支持力的方向是竖直向上的，作用在棒与地面的接触点上，由此可以作出地面对棒的支持力。作图时注意：由于棒在竖直方向上受到向下的重力的作用，地面对棒竖直向上的支持力的作用，支点对棒向上的作用力，所以棒受到的重力大于地面对棒的支持力，所以作图时表示棒受到的重力的线段的长度要大于表示地面对棒支持力的线段的长度。‎ 解答如图乙所示。‎ G L O F 乙 O 甲 ‎ ‎ 滑轮组的绕绳方法作图 ‎16.（沈阳市）如图所示，用滑轮组沿水平地面拉动物体A，请画出最省力的绕绳方法。‎ 分析：这是一个由一个定滑轮和一个动滑轮组成的滑轮组的问题。由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组的绕绳方式有两种。一种是绳的固定端系在定滑轮上，然后绕过动滑轮和定滑轮，如图乙所示，此时有两股绳子承担物重，在不考虑摩擦和滑轮自重的情况下，绳子自由端的拉力为物重的；另一种绕法是绳子的固定端系在动滑轮上，然后绕过定滑轮和动滑轮，如图丙所示，此时有三股绳子承担物重，在不考虑摩擦和滑轮自重的情况下，绳子自由端的拉力为物重的。由此可见第二种绕法更省力。所以，对于由一个动滑轮和一个定滑轮组成的滑轮组，绳子固定端系在动滑轮上，然后绕过定滑轮和动滑轮这种方法更省力。‎ 解答如图丁所示。‎ 丙 F 乙 F ‎ ‎ ‎ F A 丁 F A 甲 甲