平面镜成像实验的成像特点与生活实例

张小魁

【摘要】物理实验是对生活中自然现象的探索与总结，一方面能够培养学生对生活现象的好奇心；另一方面可以激发学生对物理学习的兴趣，既丰富了学习生活，也探索了自然世界的奥秘.平面镜成像实验是初中物理学习的第一个实验，在考查平面镜成像中像与物关系的同时，更是考查了学生的实验动手能力，要求学生对实验装置、实验步骤、实验原理，以及实验结论有深刻且全面的认识.本文详细讲解平面镜成像实验的过程与细节，对成像的特点和实验的考点进行解析汇总，并列举四道典型例题，给出详细解题思路，希望帮助学生对平面镜成像实验有更全面地掌握.

【关键词】初中物理；实验教学；平面镜成像

1 平面镜成像的特点

平面镜成像的特点可以总结为六个字：等大、等距、垂直.等大：即平面镜所成像的大小和原物体的大小是相等的；等距：平面镜所成像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离是相等的；垂直：平面镜所成像与物体的连线和镜面是垂直的.

2 探究平面镜成像的特点

2.1 实验步骤

（1）如图1，准备一张白纸，一块透明薄玻璃板或茶色薄玻璃板，两根外形完全相同的蜡烛A和B；

（2）选定一个水平的台面，将白纸放置在台面上，然后将透明薄玻璃板或茶色薄玻璃板竖直放置在白纸上，作为平面镜，记录下玻璃板在纸上的位置；

（3）将点燃的蜡烛A放在玻璃板前方；

（4）蜡烛B不点燃，放在透明薄玻璃板或茶色薄玻璃板的后方，移动蜡烛B，直到从玻璃板前方看去蜡烛B与蜡烛A的像完全重合；

（5）观察两根蜡烛的位置并记录；

（6）改变蜡烛A的位置，在此过程中保证蜡烛A始终是点燃状态，重复步骤（4）和（5）.移走玻璃板，然后将每次实验中两根蜡烛在纸上的位置用直线连起来，分别测量出每次实验两根蜡烛到玻璃板的距离，比较它们的大小和位置关系；

（7）分析实验结果，找出平面镜成像的特点及像与物和平面镜的位置关系.

2.2 平面镜成像实验解析

（1）实验验证

平面镜所成的像是虚像.验证方法：在做“探究平面镜成像特点”实验的过程中，可以拿一个光屏放在薄玻璃板后方蜡烛所成像的位置，不透过薄玻璃板看光屏，而是直接看光屏表面，在光屏上是看不到物体的像的，所以可以证明平面镜所成的像是虚像.

（2）理论分析

如图2所示，平面镜前烛焰上的点S发出的光经平面镜反射后进入人的眼睛，人由于人有光沿直线传播的经验，所以会感觉这些光好像是从进入人眼光线的反向延长线的交点S1处发出的，S1就是S在平面镜中所成的像.但其实，S1并不是实际光线交汇形成的，而是从平面镜中反射进入人眼的那部分光，它们的反向延长线相交形成的，故不能用光屏承接，为虚像.

（3）平面镜成像原理

由（2）中平面镜成虚像的理论解释可知，光在镜面的反射，是平面镜成像的基础原理.

2.3 实验考点汇总

（1）平面镜成的像是虚像：平面镜所成的像与物体分别在平面镜的两侧，而且像的大小、像到平面镜的距离与物体的大小、物体到平面镜的距离都是相等的；

（2）玻璃板的放置要求：竖直放置在水平桌面的白纸上，否则未点燃的蜡烛始终不能与点燃的蜡烛的像重合；

（3）观察像时眼睛的位置：从点燃的蜡烛一侧进行观察；

（4）判断平面镜成虚像还是实像的方法：看像能否呈现在光屏上；

（5）选用两根完全相同的蜡烛的原因：便于比较像与物的大小关系；

（6）用薄玻璃板代替平面镜的原因：玻璃板既可以反射光，也可以透过光，因此可以透过玻璃板看到蜡烛B是否与蜡烛A重合，便于确定像的位置；

（7）选择薄玻璃板的原因：厚玻璃板的前后表面都會成像，会产生重影；

（8）选择茶色玻璃板的原因：实验要求玻璃板既要透光又要反光，茶色玻璃板的反光性能更好；

（9）为减小其他光线的影响，实验最好在较暗条件下进行；

（10）用方格纸替代白纸的好处是：可以更直接地比较像与物的位置关系；

（11）多次改变点燃的蜡烛与玻璃板的距离进行测量的目的是：使结论具有普遍性；

（12）刻度尺的作用：测量物距和像距.

3 经典例题解析

例1 一个舞蹈演员为能够实时纠正自己的舞姿，于是在舞蹈室的墙壁上装满平面镜，通过对着镜子跳舞来观看自己的舞蹈动作.当她在镜子前练习时，缓慢向镜子靠近的过程中，她的像是如何变化的（  ）

（A）像慢慢靠近平面镜，并且不断变大.

（B）像慢慢远离平面镜，并且不断变大.

（C）像慢慢靠近平面镜，但是大小不变.

（D）像的大小不变，但是慢慢远离平面镜.

解析 两个“相等”原理：①=1＼*GB3平面镜所成像的大小与镜面的大小或物体离镜面的距离是无关的，始终只与物体本身的大小有关，像与物体的大小始终相等；②=2＼*GB3平面镜成像中像与物到镜面的距离相等，且不受镜子的“厚度”等因素的干扰.因此，由平面镜成像特点可知，在演员靠近平面镜的过程中，演员的身形大小是不变的，所以演员在平面镜中所成像的大小也是不变的；而当演员缓慢靠近平面镜时，演员到平面镜的距离减小，所以演员所成的像到平面镜的距离也缓慢减小，即像逐渐靠近平面镜.因此（C）正确.

答案：（C）.

例2 如图3所示，一辆汽车在路上以2m/s的速度缓慢行驶，在其前方有一块与竖直方向成45°角的平面镜.当汽车沿水平方向向右行驶时，它在平面镜中的像的运动速度，以及运动方向分别是怎样的（  ）

（A）水平向右，4m/s.

（B）水平向左，2m/s.

（C）竖直向上，4m/s.

（D）竖直向下，2m/s.

解析 根据平面镜的成像规则，像和物关于平面镜对称，则像的运动轨迹与物体的运动轨迹也关于平面镜对称.因此，如图4所示，汽车沿水平方向向右匀速运动，像必然会和汽车关于平面镜对称，像的运动轨迹也会与汽车的运动轨迹关于平面镜对称，因此平面镜中汽车的像的运动方向是竖直向下的，速度大小为2m/s.

答案：（D）.