第一節 點光源的像
像的形成和特性


每天照鏡子的時候,有沒有想過為甚麼鏡子會照到自己呢?在風浪平靜的日子,平靜的水面仿似一塊偌大的鏡子,會反映出岸上風景的倒影(見)。其實,水中的倒影以及鏡中的物件,都稱為「」(image)。當我們觀察平面鏡時,如中鏡子前的物件,其影像會出現在鏡中。這個影像看起來,仿佛是一件放置在鏡子後的物件一樣。究竟這個影像乃位於何處?它有甚麼特性嗎?我們可以運用光線圖和實驗,討論像的形成及其特性。

一點會發光的物體,可稱為點光源)。在探究一整件實物的平面鏡像之前,可先討論點光源的平面鏡成像,找出點光源的像之準確位置。以下實驗便以燈泡發光的一點作為點光源,尋找像的位置:

從以上實驗的結果可總結出,點光源在平面鏡中的像有以下特性():

  1. 點光源的像位於平面鏡後;
  2. 連接點光源與像的直線,即 \(\text{OI}\),乃垂直於鏡面;
  3. 點光源至鏡面的垂直距離 \(\text{OM}\) \(=\) 像至鏡面的垂直距離 \(\text{MI}\);
  4. 點光源的像是虛像。

那麼虛像是甚麼呢?接下來,我們將會認識何謂虛像。


鏡子中照到的物件和自己,以及平靜水面中顯現的倒影,都稱為「像」。究竟甚麼是「像」?
平日我們會覺得像會在鏡內,或在鏡的後方。但實際上,像是觸摸不到的。在鏡子後方亦找不到物體的像。那麼物體在平面鏡中的像究竟在何處?有甚麼方法可以確定像的位置呢?
點光源是理想化為質點、向四周發出光線的光源。燃燒的蠟燭會射出發散光束,可視為點光源。置於平面鏡前的點光源,在鏡中會形成點光源的像
平面鏡中點光源 (\(\text{O}\)) 的成像特性包括:點光源的像 (\(\text{I}\)) 是虛像、位於平面鏡後方;\(\text{OI}\) 垂直於鏡面;\(\text{OM}\) \(=\) \(\text{MI}\)
實像和虛像


如前所述,平面鏡中的像是虛像(),那麼虛像 (virtual image) 是甚麼呢?要了解甚麼是虛像,先認識甚麼是實像 (real image):

實像:可以投射在屏幕的像

例如投影機投射在屏幕上的影像就是實像。要注意,實像形成時,來自物體上每點的光線會聚焦在實像上()。現在討論回平面鏡。既然我們可以位於鏡前、從鏡中觀察到物體的像,假使我們如般,把一塊屏幕放在鏡後,並在鏡後觀察屏幕,屏幕上會如投影機的情況般,出現物體的像嗎?我們發現:

      在平面鏡後,實物的像
  • 不會
在屏幕上出現。

在平面鏡的情況,因為反射後的光線,實際上沒有在像的位置聚焦,影像不能投射在鏡後的屏幕上。我們會說平面鏡的像是虛像。即虛像就是:

虛像:不能投射到屏幕上的像

雖然虛像不會發出光線,但只要我們望着虛像,便會接收到仿似來自虛像的光線,在視覺上感到有另一件物體在虛像的位置()。


平面鏡中的像是「虛像」;投影機投射在屏幕上的像是「實像」
投影機的鏡頭把光線影射在屏幕上形成影像,所以是實像
當在鏡前觀察,鏡中會出現鏡前方實物的像。如果把屏幕放在鏡後,並且在鏡後觀察屏幕,能在屏幕上觀察到實物的像嗎?
(a) 平面鏡把來自物體的光束反射進觀察者的眼睛,這些光束就像從它們在鏡後延長線的交點處發出來似的。觀察者在鏡中看到的像並不真實存在,是一個虛像;(b) 對觀察者而言,物體的像便仿似是來自圖中虛像所在的位置
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