Question

4．按题目要求作图．

（1）在图1中画出通过透镜后的折射光线．
（2）如图2所示，发光点S发出一条射向水面的光线，在水面发生反射和折射，反射光线经过P点．请在图中作出入射光线、反射光线及大致方向的折射光线．
（3）如图3所示，用瓶起开启瓶盖，请画出在A点所用最小力的示意图．

Answer 1

分析 （1）凸透镜有三条特殊光线：过光心的光线传播方向不变，平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后通过焦点，过焦点的入射光线经凸透镜折射后平行于主光轴．
凹透镜有三条特殊光线：过焦点的光线传播方向不变，平行于主光轴的入射光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点，指向另一侧焦点的入射光线经凹透镜折射后平行于主光轴；
（2）反射光线是由点光源S发出的，但感觉是由点光源在水中的像发出的，也就是说反射光线的反向延长线过像点，即点P和点光源在水中的像在同一直线上，由此可以确定入射点，进而确定入射光线和反射光线．
根据确定的入射光线，利用折射规律可以做出对应的折射光线；
（3）杠杆平衡条件：动力×动力臂=阻力×阻力臂（F₁l₁=F₂l₂），在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小．

解答 解：（1）对于凸透镜，平行于主光轴的入射光线经凸透镜折射后通过焦点；对于凹透镜，平行于主光轴的入射光线经凹透镜折射后折射光线反向延长通过焦点；
（2）根据平面镜成像的规律：像与物关于镜面对称，作出点光源S在关于水面的对称点S′，即像点．
连接S′P，与水面的交点O即为入射点，连接SO即为入射光线；连接OP即为反射光线；
过入射点O做水面的垂线即为法线，根据确定的入射光线和法线可以确定入射角，利用光的折射规律：折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角．可以做出对应的折射光线OA．
（3）由杠杆的平衡条件（F₁l₁=F₂l₂）可知，沿竖直方向用力开启瓶盖，在图中A点用力最小．如图所示：

点评 （1）牢记凸透镜和凹透镜的三条特殊光线，是顺利完成此题的关键，这也是我们学习透镜的光学性质的基础；
（2）要做反射光线和折射光线，确定这两条光线对应的那一条入射光线是解决此题的关键．此题包含了平面镜成像的规律，光的折射规律，有一定的难度；
（3）本题的解题关键是通过杠杆的平衡条件得出：在阻力跟阻力臂的乘积一定时，动力臂越长，动力越小的结论．