平面镜成像及应用

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图景．

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．如图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，即反应在图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在图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图．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，如图2乙所示，图中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图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图中画出平面镜，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．在图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如图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′，如图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．由图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如图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，最后完成光路图，如图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完成光路图，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如图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

解析本题图示不是钟的实体，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．所以要读出图中的实际读数，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．