保持平面镜固定,改变物体位置与高度,用标尺测量物像关系,并用光屏检验虚像的含义。
学习目标
- 通过多次位置测量验证物像等距
- 比较物体与像的高度和正倒
- 结合实际光线与反向延长线判断虚像
实验器材
- 平面镜
- 高度可调箭头物体
- 厘米标尺
- 光屏
实验准备
- 在设置中使用坐标背景;本课原点为镜面中心,物体底端位于 y = 0,初始物距为 25 cm。
- 镜面反射面朝向左侧物体;区分实线光路与镜后反向延长线。
操作步骤
测量初始物像
用尺读取物体、镜面和像的位置,分别计算物距与像距;记录物高和像高。
改变物距
保持镜面和物体高度不变,将物体 x 依次设为 −0.30、−0.20、−0.10 m,对应物距 30、20、10 cm。每次测量镜后像的位置,比较物像到镜面的垂直距离。
检验虚像
将物体恢复到 x = −0.25 m,移动光屏到镜后 x = 0.25 m。观察光线是否真正到达光屏,说明反向延长线交点与实像的区别。
改变物高
保持位置不变,把物体高度依次改为 0.04、0.08、0.12 m。比较物高与像高,检验等大结论是否依赖于初始尺寸。
观察与记录
- 记录物体横坐标、镜面横坐标、像横坐标、物距、像距、物高和像高。
- 物距应取物体到镜面的垂直距离;镜面转动后不能只比较横坐标差。
预期结果
- 初始像位于 x = 0.25 m,像距 25 cm,像高 8 cm,为正立、等大的虚像。
- 物体 x = −0.30、−0.20、−0.10 m 时,像分别位于 x = 0.30、0.20、0.10 m。物像连线垂直镜面,镜面平分物像间距。
课堂讨论
- 物体远离镜面时,像的高度是否变小?
- 将光屏放在像的位置,为什么接收不到这个像?
- 镜面转动以后,物像连线还垂直于镜面吗?
模型与适用范围
- 采用理想平面镜,不模拟玻璃前后表面产生的重影或镜面缺陷。
- 屏幕绘出的虚像用于展示几何位置;它不意味着实际光能穿过不透明镜面到达镜后。