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为什么凸透镜成像只是上下颠倒,而平面镜成像只是左右颠倒?

2021-06-23 03:08:33

为什么凸透镜成像只是上下颠倒,而平面镜成像只是左右颠倒?

答:

首先要纠正问题中对凸透镜和平面镜成像的描述。凸透镜成像,上下和左右都颠倒;平面镜成像,上下和左右都不颠倒。

人教版物理教材八年级上册中,对平面镜成像的描述是“平面镜所成的像与物体关于镜面对称”。如下图,左面是物体正方形ABCD,中间是平面镜,右面是通过平面镜成的像A’B’C’D’(虚线轮廓表示虚像)。



用灰色箭头标示出物这边的左。以物的左为标准,物的A在B左边,像的A’也在B’左边,并没有左右颠倒。这里实际上是“前后”发生了变化。以A相对于D的方向为前,在物的一侧和像的一侧,“前”的方向是相反的。因此平面镜成像的特点可以描述为“前后颠倒”。如果我们分析像时以像的前为标准,A’就到了B’右边。这就是我们日常说的“左右颠倒”。前后颠倒不影响上下,所以上下不颠倒就不难理解。教材中没有使用“左右颠倒”这样的表述,是十分严谨的。我们对比凸透镜的成像就会明白。

湖北光学玻璃制品凸透镜成像,经常画这样的光路图(这里只分析成倒立实像的情况,成正立虚像时不存在上下左右颠倒)。



图中的两个物都在凸透镜的一倍和二倍焦距之间,像都在二倍焦距之外,是倒立、放大的实像。用灰色箭头标示出物这边的上。以物的上为标准,物的A在D上边,像的A’在D’下边,这就是“上下颠倒”。以红箭头相对于黄箭头的位置为前,在物的一侧和像的一侧,“前”的方向是相同的。凸透镜成像中不存在平面镜那样的“前后颠倒”。

由于通常都是画这种平面图,左右的情况被忽略了。其实,凸透镜是球面镜,上下和左右是等价的。我们只要把整个光路以光轴为轴,旋转90度,光路图显示的就是左右的情况。



用灰色箭头标示出物这边的左。以物的左为标准,物的B在C左侧,而像的B’在C’的右侧,这就是“左右颠倒”。这种左右变化和平面镜的情况是相反的。如果把凸透镜说成是“左右颠倒”,那么平面镜就不能说“左右颠倒”,否则会引起混淆。这也是我认为教材中没有采用这种表述的原因。(当然,如果有的版本教材使用了这样的表述,也请以教材为准。从上述分析也能看出,这只是分析问题的角度不同)

对于光学成像,关键是理解成像原理,会画光路图。掌握这些后,上述问题都可以迎刃而解,不需要特别记忆结论。

参考资料:人教版物理教材八年级上册P78

by 老张


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