平面鏡成像是光的反射的重要應用,也是光現象中很重要的一部份內容.平面鏡成像在生活中時常看到,朋友們對此并不陌生,也很感興趣,但對平面鏡成像的特性和應用常常還存在著這樣或那樣的問題.下邊對平面鏡成像的特性和應用進行一些總結和歸納.
一、關于像
所謂像就是從物體發出的光線經過光具后所產生的與原物相像的圖景.
1.虛像
虛像是指從物體發出的光線經過光具后,實際的光線在空間相交所成的像,它是真實存在的,既可以用鼻子觀察到,又可以呈現在光屏上.如小孔成像、放映影片、幻燈時所成的像都是虛像.
2.實像
實像是指從物體發出的光線經過光具后,實際的光線顯得發散而不能會聚在一點,但這種發散光線的反向延長線相交于一點而產生物體的像.這個像不是由實際光線會聚而成的,其實也不能在光屏上呈現下來.如在放大鏡、顯微鏡、望遠鏡等光學儀器中觀察到的像都是實像.
注意人眼能看到穿衣鏡里的實像,并不是有光線從實像上射入人眼.平面鏡的實像并不是由實際光線相交而成,而是由鏡前物體上射向平面鏡的實際光線,經平面鏡反射后的反射光線的反向延長線相交而成,步入人眼的是反射光線,但光線似乎是從鏡后實像上射出的,因而導致光是從實像發出的這些覺得.撈不到“水中月”、摘不到“鏡中花”就是這個道理.
通過平面鏡成像的實驗,使我們感受到:實像的特性是能被人看到,但不能在光屏上呈現.
二、平面鏡成像
1.平面鏡中像的產生
平面鏡所成的像是物體發出(或反射出)的光線入射到鏡面發生反射,由反射光的延長線在鏡后相交而產生的.如圖1所示,光源S在平面鏡后的像并不是實際光線會聚而成的平面鏡成像像的大小,而是由反射光線的反向延長線會聚而成.假若用光屏置于平面鏡后的S′處,是接收不到這個像的.
2.平面鏡成像的特征
平面鏡成像的特征是:(1)平面鏡所成的像是一個正立等大的實像;(2)像與物左右相反;(3)像與物體的大小相同;(4)像和物到鏡面的距離相等;(5)像與物對應點的連線和鏡面垂直.后三個特性也可以簡單地說成是像和物體關于平面鏡對稱,即反應在圖紙上是以平面鏡為軸將像旋轉180°(或以平面鏡為軸折疊像物),像和物體正好重合.
3.正確理解平面鏡成像的特征
學習平面鏡成像的規律,應防止形成以下兩點錯誤:
(1)對于平面鏡成像中像和物的的連線跟鏡面垂直平面鏡成像像的大小,且它們到鏡面的距離相等兩個特征,不能只注意其中的一點而忽視了另一點.
(2)對于平面鏡中像與物的大小相等的特性,即使從字面上都能理解,但因為視覺經驗,常常會錯誤地覺得“物體距平面鏡越遠像越小”.糾正的方式可先通過實驗,用“重合法”來檢驗,將玻璃板前的棋子A漸漸遠離玻璃板,從上面看去,實像在逐步“變小”,但把比A小一號的棋子B置于實像位置上時,發覺二者不能重合,而只有將與A等大的棋子置于實像的位置上時,二者能夠重合,這說明無論物體和平面鏡的距離怎么改變,也無論實像“看起來”如何變化,實像的大小仍然和物體等大.
這么當人向平面鏡走進時,為什么認為他的像變大了呢?這是人的視覺經驗導致的.一輛車輛在遠處,我們會認為它很小,當它向我們駛過來時,我們會認為它越來越大.兩者的道理是相同的.同樣可以解釋“物體距平面鏡越遠像越小(等大的實像看起來會變小)”,這是由于實像距離平面鏡前觀察者的距離變遠了,造成像的兩端與耳朵所成的視角變小了,而像還是與物體等大的.
4.影子和倒影的區別
要區別影子和倒影這兩種現象,首先要分清二者的動因.影子是由光在均勻介質中沿直線傳播產生的,當光在傳播路徑上遇見不透明的物體時,它的傳播將遭到抵擋,在不透明物體的前面產生與物體形狀相像的白色區域,這就是影子.而倒影則是物體通過水射面(如湖面)反射所成的實像,如緊靠河堤的行道樹和房屋等在水底還會留下倒影.因而,影子和倒影是不同的,它們的區別在于后者屬于光的直線傳播現象,前者屬于光的反射現象.
三、平面鏡成像特性的應用
1.確定鏡中像的位置
例1在圖2甲中畫出ABC在平面鏡中所成的像.
解析依據平面鏡成像時,像和物體關于平面鏡的對稱關系畫圖.欲畫出ABC在平面鏡中的實像,需首先確定三角形上A點、B點和C點在平面鏡里的軸對稱點A′點、B′點和C′點,再依照像是正立的、等大的實像,用實線聯結三點即可,如圖2乙所示,圖中AA′、BB′、CC′都是輔助線,要用實線表示,而像A′B′C′是實像,也須要用實線來表示.
2.確定平面鏡的位置
例2圖3甲中S為發光點,從它發出的兩條光線經平面鏡反射后的兩條反射光線分別與實線a′、b′重合,按照平面鏡成像規律在圖中畫出平面鏡,并找出S在平面鏡里的像S′.
解析平面鏡所成的像是反射光線延長線的交點,但是像和物的對應點的連線與鏡面垂直,像和物到鏡面的距離相等.在圖3乙中,延長a′、b′相交于S′,S′即為S的像.聯結SS′,作SS′的中垂線PQ,即為鏡面.注意標注平面鏡的正、反.
3.確定像的位置以及聽到像的范圍
例3如圖4甲所示,M為平面鏡,S是一個點光源,在S與M之間有一塊不透明的擋板P.問:(1)點光源S在平面鏡中的像在那里?(2)什么地方可以見到這個像?
解析(1)從點光源S處向平面鏡M引兩條光線SA、SB,過入射點A、B分別作垂直于鏡面的法線,按照光的反射定理分別做出反射光線AA′、BB′,如圖4乙所示.反向延長AA′和BB′相交于S′,則S′即為點光源在平面鏡中的像.由圖4乙可見,像的位置跟沒有擋板P時是一樣的;(2)光源S發出的光射向平面鏡,因擋板P的抵擋,平面鏡上只有AB部份被照射到,反射光線只存在于AA′和BB′之間的范圍內,所以,只有在這個范圍內能夠看見平面鏡中的像.
說明物體發出的光,只要能抵達平面鏡,才能在平面鏡中成像.像與物的連線總是跟鏡面垂直,像和物到鏡面的距離相等.要確定能看見像的范圍,就要剖析反射光線的范圍.那里有反射光線,那里能夠看見像.
4.確定反射光線的位置
例4如圖5甲所示,S為平面鏡前的一個點光源,A為鏡前的一點,試畫出從S點發出的經平面鏡反射后經過A點的反射光線.
解析此題涉及了光反射的許多知識點,由平面鏡成像的原理可知反射光線的反向延長線必經過像點.因而可借助平面鏡成像的特征做出點光源的像點S′;之后聯結S′A,S′A和平面鏡相交于O點,O點即為入射點,SO為入射光線,OA是反射光線,最后完成光路圖,如圖5乙所示.
說明本題借助了平面鏡成像的規律――物、像關于鏡面是對稱的,先找到點光源S經平面鏡產生的像S′,聯接S′A交平面鏡于O點,再聯接SO完成光路圖,這些解題的思路方式,應用在好多平面鏡的解題中.
5.確定時鐘的時刻
例5如圖6所示,是從平面鏡中看見一臺石英鐘的表針位置,此時鐘的實際讀數應是()
A.8點20分B.4點20分
C.3點40分D.10點40分
解析本題圖示不是鐘的實體,而是石英鐘在平面鏡中所成的像.平面鏡成像有一個特征:像和物對鏡面是對稱的.由此可知,“平面鏡中的表針位置是以12點、6點的連線”為對稱軸左右對換的.所以要讀出圖中的實際讀數,應把紙翻過來讀背面的像,即讀數為3點40分,本題答案應選C.
說明平面鏡成像的特征是:像的性質――正立的實像;像的大小――與原物體等大;像的位置――像與物到鏡面距離相等,它們的連線垂直于鏡面.
四、平面鏡成像在生活中的應用
如:唐代婦女對著錢幣梳洗;練功房里,街舞藝人借助平面鏡觀察和矯治自己的坐姿和動作;齒科大夫用小平面鏡來觀察病人的病牙;個別商店里借助平面鏡擴大視野空間;潛水艇下潛后,艇內的人員通過潛望鏡來觀察海面上的情況.