光学镜三条特殊光线专题练习题

光学镜三条特殊光线专题练习题在光学学习的旅程中，透镜成像规律无疑是核心内容之一。要熟练掌握透镜成像，理解并灵活运用“三条特殊光线”是基石。这三条光线因其传播路径的特殊性和规律性，成为我们分析和绘制光路图、理解成像原理的“金钥匙”。本次专题练习，旨在帮助同学们巩固对凸透镜和凹透镜三条特殊光线的认识，并提升其在实际作图与问题分析中的应用能力。一、核心规律回顾在进入练习题之前，让我们先简要回顾一下凸透镜和凹透镜的三条特殊光线的传播规律，务必做到烂熟于心。（一）凸透镜的三条特殊光线1.平行于主光轴的入射光线：经过凸透镜折射后，折射光线过焦点（实焦点，F）。2.过焦点的入射光线：（或入射光线的延长线过焦点）经过凸透镜折射后，折射光线平行于主光轴。3.过光心的入射光线：经过凸透镜折射后，折射光线传播方向不改变。（二）凹透镜的三条特殊光线1.平行于主光轴的入射光线：经过凹透镜折射后，折射光线的反向延长线过焦点（虚焦点，F）。2.正对另一侧虚焦点的入射光线：（即入射光线的延长线过凹透镜另一侧的虚焦点）经过凹透镜折射后，折射光线平行于主光轴。3.过光心的入射光线：经过凹透镜折射后，折射光线传播方向不改变。特别注意：凹透镜的焦点是虚焦点，因此涉及凹透镜焦点的光线描述中，常出现“反向延长线过焦点”或“入射光线的延长线过焦点”的表述，这是与凸透镜的重要区别。二、专题练习题（一）基础辨析与作图（请在空白处规范作图，保留作图痕迹）1.作图题（凸透镜）*题1：如图1所示，已知凸透镜的主光轴、光心O和焦点F。请画出图中平行于主光轴的入射光线经过凸透镜后的折射光线。*（此处应有示意图：凸透镜，主光轴，一个平行于主光轴射向凸透镜的箭头）*题2：如图2所示，已知凸透镜的主光轴、光心O和焦点F。请画出图中过焦点的入射光线经过凸透镜后的折射光线。*（此处应有示意图：凸透镜，主光轴，一个从焦点出发射向凸透镜的箭头）*题3：如图3所示，已知凸透镜的主光轴、光心O和焦点F。请画出图中过光心的入射光线经过凸透镜后的折射光线。*（此处应有示意图：凸透镜，主光轴，一个射向光心O的箭头）2.作图题（凹透镜）*题4：如图4所示，已知凹透镜的主光轴、光心O和焦点F。请画出图中平行于主光轴的入射光线经过凹透镜后的折射光线。*（此处应有示意图：凹透镜，主光轴，一个平行于主光轴射向凹透镜的箭头）*题5：如图5所示，已知凹透镜的主光轴、光心O和焦点F。请画出图中一条入射光线，使得该光线经过凹透镜折射后平行于主光轴。（提示：思考凹透镜哪条特殊光线折射后平行于主光轴）*（此处应有示意图：凹透镜，主光轴，一个待画箭头的入射光线起点，以及一条从透镜射出且平行于主光轴的折射光线）3.判断与改错*题6：判断下列说法是否正确，并对错误说法加以改正。*(A)凸透镜对光线有会聚作用，所以任何光线经过凸透镜后都会会聚于一点。*(B)凹透镜的焦点是实际光线的会聚点，所以是实焦点。*(C)无论是凸透镜还是凹透镜，经过光心的光线传播方向都不变。*(D)平行于主光轴的光线经过凹透镜后，折射光线会向主光轴靠拢。（二）综合作图与应用4.光路补全*题7：如图6所示，给出了透镜的类型（凸透镜或凹透镜，图中已标出）、主光轴以及一条入射光线和对应的折射光线的一部分，请根据三条特殊光线的规律，补全光路图（即画出完整的入射或折射光线，并标出必要的焦点位置，若为凹透镜请用虚线表示虚焦点和反向延长线）。*（此处应有示意图a：凸透镜，一条斜射向透镜的光线，折射后平行于主光轴，要求画出入射光线）*（此处应有示意图b：凹透镜，一条从左侧射向透镜的光线，折射后发散，其反向延长线过透镜右侧虚焦点，要求画出折射光线）5.确定透镜类型与焦点*题8：如图7所示，一束平行于主光轴的光线经过某未知透镜后，其折射光线的反向延长线交于主光轴上一点F。*(1)请判断此透镜是凸透镜还是凹透镜？*(2)请在图中标出该透镜的光心O和焦点F的位置。*（此处应有示意图：一条主光轴，几条平行于主光轴的光线射向一个方框<代表未知透镜>，从方框射出后光线发散，反向延长线交于主光轴上一点）6.成像作图基础*题9：如图8所示，已知凸透镜的主光轴、光心O、两个焦点F。现有一发光点S位于凸透镜的一倍焦距和二倍焦距之间（即f<u<2f）。请利用两条特殊光线作出S点经凸透镜所成的像点S'。*（此处应有示意图：凸透镜，主光轴，O，F，F，一个位于f和2f之间的物点S）**提示：通常选择“平行于主光轴”和“过光心”的两条光线来作图。*三、参考答案与解析思路（部分典型题）（请注意：光路图的参考答案建议结合教师讲解或标准作图范例进行比对，此处提供文字解析思路。）题6解析：*(A)错误。凸透镜对光线有会聚作用，但“会聚”不意味着一定会聚于一点，而是指折射光线相对于入射光线更靠近主光轴。例如，从凸透镜焦点以内发出的发散光线，经凸透镜折射后会变得发散程度减小，但仍是发散的，不会会聚于一点。*(B)错误。凹透镜的焦点是折射光线反向延长线的交点，不是实际光线的会聚点，因此是虚焦点。*(C)正确。*(D)错误。平行于主光轴的光线经过凹透镜后会发散，折射光线会偏离主光轴，其反向延长线过虚焦点。题8解析：*(1)此透镜是凹透镜。因为平行于主光轴的光线经过透镜后是发散的，且折射光线的反向延长线交于一点，符合凹透镜的特性。*(2)光心O位于透镜的中心位置（通常在主光轴与透镜几何中心的交点）。焦点F就是图中折射光线反向延长线的交点，由于是凹透镜，此焦点为虚焦点。题9解析思路：1.从S点作一条平行于主光轴的入射光线，该光线经凸透镜折射后，折射光线过凸透镜右侧的焦点F。2.从S点作一条过光心O的入射光线，该光线经凸透镜折射后传播方向不变。3.上述两条折射光线的交点即为像点S'。根据成像规律，此时S'应位于二倍焦距以外，成倒立、放大的实像。四、总结与提示三条特殊光线是透镜光路分析的“利器”，同学们在练习过程中，务必注意以下几点：1.规范作图：使用直尺、铅笔，光线用带箭头的实线表示，箭头方向代表光的传播方向。虚焦点、反向延长线、辅助线用虚线表示。2.理解本质：不仅要记住“平行过焦点”、“过焦平行”、“过心不变”这几句口诀，更要理解其背后的折射规律和透镜的光学特性。3.勤于练习：光路图的绘制需要手感和