평면 거울 이미징 시뮬레이터 가이드

개요

매일 아침 거울을 볼 때, 거울 속의 "나"는 거울 표면에서 얼마나 떨어져 있는지 궁금했던 적이 있나요? 가까이 다가가면 크기가 변하나요? 평면 거울 결상은 기하 광학에서 가장 기본적이고 흥미로운 현상 중 하나입니다. 이 실험은 평면 거울 앞의 양초의 결상 과정을 시뮬레이션하여 상과 물체 사이의 완벽한 "대칭 미학"을 관찰하고 검증하도록 도와줍니다.

배경 지식

• 기원전 2000년경, 고대 이집트인과 중국인은 광택이 나는 구리 거울을 사용하기 시작했습니다.
• 전설에 따르면 아르키메데스는 거대한 거울 배열을 사용하여 햇빛을 반사시켜 시칠리아를 공격하는 로마 전함을 태웠다고 합니다. 진위는 의심스럽지만, 이는 빛 반사의 원리에 대한 고대인들의 심오한 이해를 반영합니다.
• 1835년 독일 화학자 유스투스 폰 리비히(Justus von Liebig)는 은도금 유리 거울을 발명하여 고반사율 거울을 대중화하고 현대 광학 실험에 혜택을 주었습니다.

핵심 개념

공식 및 유도

실험 단계

1. 1

   초기 결상 관찰

   실험을 시작할 때 양초는 거울 앞에 놓입니다. 거울 뒤에 나타나는 상을 관찰하십시오. 정립입니까, 도립입니까? 실상입니까, 허상입니까? (힌트: 허상은 일반적으로 점선으로 그려집니다)
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   거리 관계 탐구

   양초를 왼쪽이나 오른쪽으로 드래그하여 물체 거리 $u$를 변경합니다. 상 거리 $v$가 어떻게 변하는지 관찰하십시오. 임의의 위치에서 멈추고 $u$와 $v$의 값을 비교해보십시오.
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   동일 크기 속성 검증

   "물체 높이" 슬라이더를 조정하여 $h$를 변경합니다. 거울 속 상의 높이 $h'$가 그에 따라 변하는지 관찰하십시오. 거울에서 멀어지면 상이 작아 보이지만 실제로 상이 작아지고 있습니까?
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   빛의 경로 추적

   "가상 광선 표시"를 선택합니다. 광선이 눈에 어떻게 "들어오는지" 관찰하십시오. 반사된 광선의 후방 연장선의 수렴점이 상의 위치입니다.

학습 목표

• 평면 거울에 의해 형성된 상이 동일한 크기의 정립 허상임을 확인 ($M=1$)
• 상 거리가 물체 거리와 같다는 정량적 관계 검증 ($v=u$)
• 상과 물체를 연결하는 선이 거울 표면에 수직이라는 기하학적 특성 명확화
• 평면 거울 결상의 본질은 반사의 법칙을 따르는 빛의 반사임을 이해

실제 적용

• 잠망경: 두 개의 평면 거울을 사용하여 빛의 경로를 변경하여 숨겨진 위치에서 외부 환경을 관찰할 수 있습니다.
• 차량 백미러: 볼록 거울은 종종 시야를 넓히는 데 사용되지만 실내 백미러는 일반적으로 뒤쪽 차량의 실제 거리를 판단하는 데 사용되는 평면 거울입니다.
• 댄스 스튜디오 거울 벽: 평면 거울 결상을 사용하여 시각 공간을 확장하고 댄서가 자세를 교정하는 데 도움을 줍니다.

일반적인 오해

추가 읽을거리

• Plane Mirror - Wikipedia