实像与虚像的区别
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我们知道,光在同种均匀介质中沿直线传播,在我们平时生活的环境中,可视范围以内的介质(尤其是空气)基本上可以认为近似均匀介质.当有光线进入眼睛引起我们的视觉反应时,我们自然会按照从小积累下来的经验,将光线沿直线反向延长,延长线会集于一点就是我们所看到的物体.而光线是否真由该处沿直线发出进入人眼,还需要和周围的环境相对比,通过大脑分析才能做出判断.
课本(八年级上册)第92页中的魔箱(如图1)就从另一个侧面说明了人眼观察事物时的特点,正因为盒子的边框遮住了平面镜的边缘,从而观众无法对盒子内部环境进行对比,而产生错觉,误以为镜中的像是盒子的后底面.
实像:由物点发出的光经光学仪器反射或折射,所有反射或折射光线均可会聚于一点,该点叫做物点的实像点,所有实像点的集合叫做物体的实像.
虚像:由物点发出的光线,经光学仪器反射或折射,其反射或折射光线反向延长线的交点叫做该物点的虚像点,其集合叫做物体的虚像.
简言之,实像是由实际光线会聚而成的像,虚像是由实际光线的反向延长线会聚而成的像.既然实像是由实际光线会聚而成,那么传播途径中必然有实际光线经过.在成像的位置处摆上光屏,光线照射到光屏上后经光屏反射,人眼就看到了光屏上的像.反之虚像是光线经光学仪器反射或折射后进入人眼,人眼看到的是反射或折射光线沿直线反向延长相交后所成的像,而反向延长线并不是实际光线,只是人脑对进入人眼的光线的一种经验性的逆向推理,实际并不存在.所以在成像位置放上光屏,光屏上也没有光线照射到,故虚像不能用光屏接受.
下面我们结合光路图对最常见的平面镜成像、凸透镜成实像或虚像作一说明.
①平面镜成像
根据光的反射定律:入射光线、反射光线、法线在同一平面;入射光线、反射光线分列法线两侧;反射角等于入射角.作出平面镜成像的光路图(如图2),由图可知,物点发出的光线经平面镜反射后,反射光线的反向延长线会聚在平面镜后,形成与物对称的像点.像是由光的反向延长线会聚而成,所以成像是虚像.在镜后放上光屏,光屏上不可能成像,而在镜前观察镜中物体的人也丝毫不受镜后光屏的影响.正如家中大衣柜中的穿衣镜,我们对着穿衣镜整理身上的衣服时,柜内的东西对成像没有影响.
②凸透镜成实像的光路图
我们利用凸透镜的三条特殊光线中的两条完成凸透镜成实像或虚像时的光路.
图3和图4分别描述了凸透镜成实像的两种光路图,当由物体发出的光线经凸透镜折射后在凸透镜的另一侧会聚成像点,这是由实际光线会聚而成的像点.无论是否有光屏,像必然在这个位置,而当我们把光屏放在此处时,光屏就会反射这些光线而让我们看到光屏上有像.从而可以说我们利用光屏找到了像的具置,而像本来就在它应该在的位置.
③凸透镜成虚像的光路图
图5是凸透镜成虚像时的光路图,由几何关系可以看出经凸透镜折射的两条光线在凸透镜的另一侧没有交点,但将它们反向延长后,在物的同侧就形成了物的虚像,由于反向延长线并不是实际光线,将光屏放在这里也接收不到光线,光屏上自然也无法呈现出像来.
海市蜃楼是在特殊的气象条件下,光线通过不均匀的大气层引起的光学现象.我们知道,光在均匀介质中沿直线传播,远处望去,只能见到地平线以上的景物.但光在非均匀大气层中传播,光线就会发生弯曲.
在某种特殊气象条件的海面上,大气上层由于日晒不断升温,而下层则由于水的蒸发吸热作用,温度不断下降,出现接近海面的大气层温度上高下低连续变化的温度梯度.又由于温度越低大气密度越大,使接近海面的大气层的大气密度上小、下大形成一个连接变化的密度梯度,如图6所示,如果在远处有座楼阁,平常看不见.在上述气象条件下,从楼顶点反射的光线,以某一角度向上射入空中.由于大气的密度不同,其折射率从下到上逐渐减小,光线不断折射,折射角逐渐增大,光线将越来越偏离法线而向着地面方向“弯曲”.当到达某一气层时,满足全反射条件,光线就会发生全反射,而转向地面传播.在反射光线的传播方向上,由于大气的折射率从上到下逐渐增加,所以光线越来越靠近法线,从而继续弯向地面,到达观察者的眼睛.由于人眼习惯了光的直线传播,所以观察者觉得光线似乎是从空中射来的,其他各点也是如此,这样就看到了空中楼阁.