平面镜成像是光的反射的重要应用,也是光现象中很重要的一部分内容.平面镜成像在生活中经常见到,同学们对此并不陌生,也很感兴趣,但对平面镜成像的特点和应用往往还存在着这样或那样的问题.下面对平面镜成像的特点和应用进行一些总结和归纳.
一、关于像
所谓像就是从物体发出的光线经过光具后所形成的与原物相似的***景.
1.实像
实像是指从物体发出的光线经过光具后,实际的光线在空间相交所成的像,它是真实存在的,既可以用眼睛观察到,又可以呈现在光屏上.如小孔成像、放映电影、幻灯时所成的像都是实像.
2.虚像
虚像是指从物体发出的光线经过光具后,实际的光线变得发散而不能会聚在一点,但这些发散光线的反向延长线相交于一点而形成物体的像.这个像不是由实际光线会聚而成的,当然也不能在光屏上呈现出来.如在放大镜、显微镜、望远镜等光学仪器中观察到的像都是虚像.
注意 人眼能看见镜子里的虚像,并不是有光线从虚像上射入人眼.平面镜的虚像并不是由实际光线相交而成,而是由镜前物体上射向平面镜的实际光线,经平面镜反射后的反射光线的反向延长线相交而成,进入人眼的是反射光线,但光线好像是从镜后虚像上射出的,从而造成光是从虚像发出的这种感觉.捞不到“水中月”、摘不到“镜中花”就是这个道理.
通过平面镜成像的实验,使我们体会到:虚像的特点是能被人看见,但不能在光屏上呈现.
二、平面镜成像
1.平面镜中像的形成
平面镜所成的像是物体发出(或反射出)的光线入射到镜面发生反射,由反射光的延长线在镜后相交而形成的.如***1所示,光源S在平面镜后的像并不是实际光线会聚而成的,而是由反射光线的反向延长线会聚而成.如果用光屏放在平面镜后的S′处,是接收不到这个像的.
2.平面镜成像的特点
平面镜成像的特点是:(1)平面镜所成的像是一个正立等大的虚像;(2)像与物左右相反;(3)像与物体的大小相同;(4)像和物到镜面的距离相等;(5)像与物对应点的连线和镜面垂直.后三个特点也可以简单地说成是像和物体关于平面镜对称,即反应在***纸上是以平面镜为轴将像旋转180°(或以平面镜为轴折叠像物),像和物体恰好重合.
3.正确理解平面镜成像的特点
学习平面镜成像的规律,应避免产生以下两点错误:
(1)对于平面镜成像中像和物的的连线跟镜面垂直,且它们到镜面的距离相等两个特点,不能只注意其中的一点而忽略了另一点.
(2)对于平面镜中像与物的大小相等的特点,虽然从字面上都能理解,但由于视觉经验,往往会错误地认为“物体距平面镜越远像越小”.纠正的方法可先通过实验,用“重合法”来检验,将玻璃板前的棋子A逐渐远离玻璃板,从前面看去,虚像在逐渐“变小”,但把比A小一号的棋子B放在虚像位置上时,发现两者不能重合,而只有将与A等大的棋子放在虚像的位置上时,两者才能重合,这说明无论物体和平面镜的距离如何改变,也无论虚像“看上去”如何变化,虚像的大小始终和物体等大.
那么当人向平面镜走近时,为何觉得他的像变大了呢?这是人的视觉经验造成的.一辆汽车在远处,我们会觉得它很小,当它向我们驶过来时,我们会觉得它越来越大.二者的道理是相同的.同样可以解释“物体距平面镜越远像越小(等大的虚像看上去会变小)”,这是因为虚像距离平面镜前观察者的距离变远了,导致像的两端与眼睛所成的视角变小了,而像还是与物体等大的.
4.影子和倒影的区别
要区别影子和倒影这两种现象,首先要分清两者的成因.影子是由光在均匀介质中沿直线传播形成的,当光在传播路径上遇到不透明的物体时,它的传播将受到阻挡,在不透明物体的后面形成与物体形状相似的黑色区域,这就是影子.而倒影则是物体通过水射面(如水面)反射所成的虚像,如靠近河岸的树木和房子等在水中都会留下倒影.因此,影子和倒影是不同的,它们的区别在于前者属于光的直线传播现象,后者属于光的反射现象.
三、平面镜成像特点的应用
1.确定镜中像的位置
例1在***2甲中画出ABC在平面镜中所成的像.
解析根据平面镜成像时,像和物体关于平面镜的对称关系作***.欲画出ABC在平面镜中的虚像,需首先确定三角形上A点、B点和C点在平面镜里的轴对称点A′点、B′点和C′点,再根据像是正立的、等大的虚像,用虚线连结三点即可,如***2乙所示,***中AA′、BB′、CC′都是辅助线,要用虚线表示,而像A′B′C′是虚像,也需要用虚线来表示.
2.确定平面镜的位置
例2***3甲中S为发光点,从它发出的两条光线经平面镜反射后的两条反射光线分别与虚线a′、b′重合,根据平面镜成像规律在***中画出平面镜,并找出S在平面镜里的像S′.
解析平面镜所成的像是反射光线延长线的交点,并且像和物的对应点的连线与镜面垂直,像和物到镜面的距离相等.在***3乙中,延长a′、b′相交于S′,S′即为S的像.连结SS′,作SS′的中垂线PQ,即为镜面.注意标明平面镜的正、反.
3.确定像的位置以及看到像的范围
例3如***4甲所示,M为平面镜,S是一个点光源,在S与M之间有一块不透明的挡板P.问:(1)点光源S在平面镜中的像在哪里?(2)哪些地方可以看到这个像?
解析(1)从点光源S处向平面镜M引两条光线SA、SB,过入射点A、B分别作垂直于镜面的法线,根据光的反射定律分别作出反射光线AA′、BB′,如***4乙所示.反向延长AA′和BB′相交于S′,则S′即为点光源在平面镜中的像.由***4乙可见,像的位置跟没有挡板P时是一样的;(2)光源S发出的光射向平面镜,因挡板P的阻挡,平面镜上只有AB部分被照射到,反射光线只存在于AA′和BB′之间的范围内,所以,只有在这个范围内才能看到平面镜中的像.
说明物体发出的光,只要能到达平面镜,就能在平面镜中成像.像与物的连线总是跟镜面垂直,像和物到镜面的距离相等.要确定能看到像的范围,就要分析反射光线的范围.哪里有反射光线,哪里就能看到像.
4.确定反射光线的位置
例4如***5甲所示,S为平面镜前的一个点光源,A为镜前的一点,试画出从S点发出的经平面镜反射后经过A点的反射光线.
解析此题涉及了光反射的许多知识点,由平面镜成像的原理可知反射光线的反向延长线必经过像点.因此可利用平面镜成像的特点作出点光源的像点S′;然后连结S′A,S′A和平面镜相交于O点,O点即为入射点,SO为入射光线,OA是反射光线,最后完成光路***,如***5乙所示.
说明本题利用了平面镜成像的规律――物、像关于镜面是对称的,先找到点光源S经平面镜形成的像S′,连接S′A交平面镜于O点,再连接SO完成光路***,这种解题的思路方法,应用在很多平面镜的解题中.
5.确定时钟的时刻
例5如***6所示,是从平面镜中看到一台石英钟的指针位置,此时钟的实际读数应是( )
A.8点20分 B.4点20分
C.3点40分 D.10点40分
解析本题***示不是钟的实体,而是石英钟在平面镜中所成的像.平面镜成像有一个特点:像和物对镜面是对称的.由此可知,“平面镜中的指针位置是以12点、6点的连线”为对称轴左右对换的.所以要读出***中的实际读数,应把纸翻过来读反面的像,即读数为3点40分,本题答案应选C.
说明平面镜成像的特点是:像的性质――正立的虚像;像的大小――与原物体等大;像的位置――像与物到镜面距离相等,它们的连线垂直于镜面.
四、平面镜成像在生活中的应用
如:古代妇女对着铜镜梳妆;练功房里,舞蹈演员利用平面镜观察和矫正自己的姿势和动作;牙科医生用小平面镜来观察患者的病牙;某些商店里利用平面镜扩大视野空间;潜水艇下潜后,艇内的人员通过潜望镜来观察水面上的情况.