平面镜成像虚拟实验 指南
物理初级阅读时间: 3 分钟
概述
每天清晨照镜子时，你是否思考过：镜子里的「你」离镜面有多远？它的大小会随你走近而改变吗？平面镜成像是几何光学中最基础也最有趣的现象之一。本实验通过模拟蜡烛在平面镜前的成像过程，带你观察并验证像与物之间完美的「对称美学」。
背景知识
- 早在公元前 2000 年，古埃及人和中国人就开始使用抛光的铜镜。
- 传说阿基米德曾利用巨大的镜面阵列反射阳光，烧毁了进攻西西里岛的罗马战船，虽然真实性存疑，但这体现了古人对光反射原理的深刻认识。
- 1835 年，德国化学家列尤斯图斯·冯·李比希 (Justus von Liebig) 发明了镀银玻璃镜，使得高反射率的镜子得以普及，现代光学实验也因此受益。
核心概念
虚像 (Virtual Image)
反射光线的反向延长线交结而成的像。虚像不能呈现在光屏上，只能用眼睛直接观察。
物距 (Object Distance, )
物体到平面镜反射面的垂直距离。
像距 (Image Distance, )
像到平面镜反射面的垂直距离。
公式与推导
平面镜成像规律
像距始终等于物距。此外，像与物的大小相等（），它们的连线与镜面垂直。
实验步骤
- 1
观察初始成像
实验开始时，蜡烛位于镜前。注意观察镜后出现的像。它是正立的还是倒立的？它是实像还是虚像？（提示：虚像通常用虚线绘出） - 2
探究距离关系
向左或向右拖动蜡烛，改变物距 。观察像距 是如何变化的？试着在任意位置停下，比较 和 的数值。 - 3
验证等大性质
调节「物体高度」滑块改变 。观察镜中像的高度 是否随之改变？当你远离镜子时，像看起来变小了，但这真的是像变小了吗？ - 4
追踪光路
勾选「显示虚拟光线」。观察光线是如何「进入」眼睛的。反射光线的反向延长线汇聚点就是像的位置。
学习目标
- 确认平面镜所成的像是等大的、正立的虚像 ()
- 验证像距与物距相等的定量关系 ()
- 明确像与物的连线垂直于镜面这一几何特性
- 理解平面镜成像的本质是光的反射，遵循反射定律
生活应用
- 潜望镜：利用两个平面镜改变光路，在隐蔽处观察外部环境。
- 车辆后视镜：虽然常用凸面镜扩大视野，但车内后视镜通常是平面镜，用于判断后方车辆的真实距离。
- 舞蹈房镜墙：利用平面镜成像扩大视觉空间，并方便舞者矫正姿态。
常见误区
误区
远离镜子时，我在镜里的像变小了
正解
错误。根据规律，像与物始终等大。你觉得变小了是因为「视角」变小了，类似于远处的山看起来比近处的树小，但山本身的尺寸并没变。
误区
平面镜成的像是左右相反的
正解
确切地说，平面镜成像是「前后倒置」的（手性翻转）。因为镜子把你前面的东西反到了前面，导致左右在视觉习惯上看起来发生了互换。
误区
必须用厚玻璃做镜子成像才清晰
正解
错误。厚玻璃的两个表面（前表面和后表面镀银层）都会反射成像，导致出现重影（Ghosting）。精密光学实验通常使用前表面镀膜镜（First Surface Mirror）。
延伸阅读
准备好了吗？
现在你已经了解了基础知识，开始动手实验吧！