初中物理绘图专题讲座
主题07 利用光的相关定律进行综合测绘（二）
综合绘图题第二题——填写光学器件
这里所谓的综合光学图谱题，并不是结合两个或多个知识点的综合图谱题，而是针对同一场景有多个答案的单一光学知识图谱题。
题型特点：该类绘图题主要是填写光学器件的绘图。有两种表现形式：一种是入射光线，一种是出射光线（可能是反射光线，也可能是折射光线，所以称为出射光线）。光），根据学到的光学定律确定可能的光学器件及其位置；第二个是一组（通常是两条）入射光线和一组出射光线，根据入射光线和出射光线之间的关系来确定光学器件及其位置的图，一般显示出来在一个盒子里，所以也被称为“黑盒子”绘图问题。
1. 入射光线和出射光线决定光学器件及其位置
解题技巧：该类题主要是确定光学器件及其位置的绘图问题。
判断光学器件有两种方法：一是出射光被视为反射光还是折射光；二是判断出射光是否被视为反射光或折射光。第二，是法线还是主光轴。确定光学器件的位置：根据所学的光学定律进行绘制，符合要求即可。
例1（中考题型）（2016·济宁市）一束光线经透镜折射后水平射出。小溪提供了一种通过绘图来确定镜头位置的解决方案。请按照小西的画法初中物理作图专题，在图中画出来。 7-39中的位置A和B各自提供了确定镜头位置的解决方案。
图7-39
【解题思路】这题给出了改变光的传播方向的形式，需要用其他解法来确定透镜的位置。这个问题排除了其他光学器件，只排除了镜头。因为不清楚是什么镜片，首先要确定镜片的类型，可以是凸透镜，也可以是凹透镜；二是透镜的位置，可以根据凸透镜和凹透镜的三种特殊光线的分析来解决。
解：①根据平行于主光轴的光线经凸透镜折射，折射光线将通过焦点。折射光线与主光轴的交点就是凸透镜的焦点位置。根据光线的转折点，凸透镜的位置和凸透镜的中心决定了凸透镜在主光轴上的位置，如图7-40左所示；
②根据延长线，通过另一侧焦点的光线经凹透镜折射后平行于主光轴。知道主光轴在光线下方，画出入射光的延长线。与主光轴的交点就是凹透镜的焦点。位置，最后根据光线拐点处凹透镜的位置和凹透镜在主光轴上的中心来确定凹透镜的位置，如图7-40中所示;
③平行于主光轴的光线经凹透镜折射后，折射光线的反向延长线与主光轴的交点就是凹透镜的焦点位置。光线的转折点是凹透镜的位置，凹透镜的中心在主光轴上。确定凹透镜的位置，如图7-40右侧所示。
图7-40
【重要】通过这个问题，我们发现：入射光线和出射光线与主光轴的位置关系是确定镜头类型的依据；入射光线和出射光线的转折点是确定透镜位置的依据；入射光线（或出射光线）与主光轴之间的关系是确定透镜位置和方向的基础。
例题2（中考题型）（2017·达州市） 如图7-41所示，可以采用不同的光学元件来改变入射光的传播方向。请在图中画出三个合适的光学元件。 （只需画出光学元件大致位置示意图，但必须符合光学定律）
图7-41
【解题思路】这题比上题需要更广泛的条件。对镜片没有要求。因此，除了上面凸透镜和凹透镜的四种情况外，还有平面镜的反射（我们之前已经介绍过）和玻璃的折射。有这样的条件。
解：图7-40中光的传播方向发生了变化。还可以根据光从空气进入玻璃或从玻璃进入空气的传播方向画出图，如图7-42②③所示。
图7-42
【使用说明】除了以上七种以外，还有凸面镜、凹面镜、三棱镜等可以产生这样的效果。
2.“黑匣子”光学测绘
我们已经在《专题06 利用镜头知识绘图》中给出了一个黑盒子的例子。这只是一个填充镜头的问题。因此，没有具体的分类和解释。下面我们进行系统分析，得出一些常规的绘制方法。
题型特点：该类题一般由一组入射光线和出射光线组成，用虚线框隔开。一组入射光线和出射光线(组合光线)中的一些组合光线分别用一个箭头和两个箭头来区分。关于黑匣子光学绘图问题，一般有两种类型：一种是单一填充光学器件；另一种是单填充光学器件。另一种是多个（通常是两个）光学器件的组合。
1.填写光学器件
解题技巧：首先将对应的入射光和出射光连接起来，然后根据入射光和出射光判断是镜子还是透镜：光线的大体方向不会改变成透镜；光的传播方向几乎垂直或几乎返回镜子。最后根据光线之间的关系，判断是会聚还是发散。如果它既不收敛也不发散，它就成为平面镜。
例题1（中考题型）（2021·凉山州） 请在图7-43方框内画出相应的光学元件。
图7-43
【解题思路】首先，根据光线的关系，可以判断左边的盒子是透镜，右边的盒子是镜子；然后连接光线，发现左边方框内的光线是发散的，是凹透镜。从盒子内的光线来看，即不会汇聚或发散成平面镜；最后根据两条组合光线的两个转折点确定凹透镜和平面镜的位置。
解：连接入射光线和出射光线，发现：左图中出射光线比入射光线离主光轴更远初中物理作图专题，因此该单元对光线有发散作用，因此是凹面镜片;右图中的光学元件不能透射光，但可以改变光路而不会聚或发散，因此该元件是平面镜。
如图7-44所示。
图7-44
【说明】①一般情况下，对于没有箭头区分的黑盒题，上入射光线与上出射光线相连，下入射光线与下出射光线相连。
② 盒子内的光线必须连接在一起，不能断开。左框中太长的连接线必须是虚线，而不是实线（为什么？），并且不要擦除它。可以看到绘制过程，也可以看出出射光线相对于入射光线距离主光轴较远；
③两个转折点决定光学装置的位置。光学装置没有画在转折点处是错误的。
例2：物体通过一定的设备或装置可以在屏幕上形成倒立缩小的实像。请在图7-45虚线框内画出相应设备或装置的示意图。 （只画一个光学器件）
图7-45
【解题思路】该题要求只画一个光学器件。从图中可以看出网校头条，经过该光学器件后所形成的倒立缩小的实像只能是凸透镜或小孔。
解：已知屏幕上出现倒立缩小的实像。根据凸透镜的成像定律，当u>2f时，光屏上出现倒立缩小的实像，因此可以是凸透镜，如图7-46A所示；
图7-46
物体发射或反射的光经过小孔后，也可在小孔后面的光屏上形成倒立缩小的实像。因此，也可能是小孔成像的小孔，如图7-46 B所示。
【说明】回答本题的关键是首先根据题意判断图像的真实性，然后根据凸透镜和针孔成像的成像规律得出结论。然而，学生们往往忽视的是针孔成像。
2. 填充两个光学元件
解题技巧：如果入射光线和出射光线连接后有两个转折点，则需要两个光学装置来完成该题。
例1 如图7-47所示，光线从左侧入射，穿过盒子内的光学元件，然后从右侧出射。请在盒子内画出所需的光学元件及光路图（含光源）
图7-47
【解题思路】从图中可以看出，光的传播方向没有改变，只是位置发生了变化。这是任何镜头都无法实现的。然而，思考潜望镜的原理，我们可以知道，可以通过使用平面镜来改变光路。
解：从图中可以看出，光传播的方向没有改变，只是位置发生了变化。该图的原理与潜望镜相同，如图7-48所示。
图7-48
【提示】画出两个平面镜改变光的传播方向的图。通常，平面镜与入射光成45°角放置。
实施例2 在实验中，有时需要将一束粗的平行光变为细的平行光。这可以通过使用两个镜头的组合来解决。请选择合适的镜片并在图7-49的方框内画出组合。
图7-49
【解题思路】为了不将光学器件画在框架上，必须将入射光和出射光延伸到盒子内。从图中可以看出，与原始入射光相比，最终出射的光线是平行光，但更加会聚，需要使用两个透镜的组合来解决；出射光线的顶部光线可以与入射光线相同。最上面的光线是一条光线，或者它可以是与最下面的入射光线相同的光线。这两种情况是联系起来并用图来说明的。
解：组合方法一：当最上面的两条光线是同一条光线时，将光线连接起来后发现，它们首先要经过凸透镜的会聚，然后再经过凹透镜的发散。由于出射光线和入射光线都是平行光线，第一次折射后的折射光线必须通过凸透镜的焦点，第二次入射光线必须通过凹透镜另一侧的焦点。那么两个透镜右侧的焦点重合，如图7-50A所示。
图7-50
组合方法二：当底部出射光线与顶部光线对应时，将光线连接后，发现光线会聚于一点，然后再次发散。发散后，它们变得平行，这需要两个凸透镜。即光线经凸透镜折射后必须会聚于一点（右焦点）；此时，光线必须经过第二凸透镜的左焦点，然后平行射出，才能达到如图所示的现象。而要获得较细的平行光，右侧凸透镜的焦距应较小，但两个凸透镜的焦点重合，如图7-50B所示。
【提示】本题不仅要正确画出凸透镜和凹透镜的位置，而且要标清楚它们焦点的位置关系。
