镜子里的奥秘_镜子的奥秘
时间：2018-12-28 03:29:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
“你哭它也哭,你笑它也笑,你问它是谁,它说你知道.”同学们知道这个谜语的谜底吗?对了,它就是我们熟悉的镜子, 说起镜子,可有历史了.在三千多年前,我们的祖先就开始使用青铜镜了.那是将青铜铸成圆盘(图1),打磨得又平整又光洁.这种青铜镜照出来的人影,并不明亮.它还会生锈,必须经常磨光.不过,在没有玻璃镜子的时代,人们只能使用它.
在三百多年前,玻璃镜子出世了.将亮闪闪的锡箔贴在玻璃面上,然后倒上水银.水银是液态金属,它能够溶解锡,变成粘稠的银白色液体,紧紧地贴在玻璃板上.玻璃镜比青铜镜前进了一大步,很受欢迎,一时竟成了王公贵族竞相购买的宝物.当时只有威尼斯的工场会制作这种新式的玻璃镜,欧洲各国都去购买,财富像海潮一般涌向威尼斯.镜子工场被集中到穆拉诺岛上,四周设岗加哨,严密地封锁起来.后来法国政府用重金收买了四名威尼斯镜子工匠,将他们秘密偷渡出国境.从此,水银玻璃镜的奥秘才公开出来,它的身价也就不那么高贵了.
不过,涂水银的镜子反射光线的能力还不很强,制作费时,而且水银又有毒,所以后来被淘汰了.现在的镜子,背面是薄薄的一层银.这一层银不是涂上去的,也不用电镀,它是靠化学上的“银镜反应”涂上去的.在硝酸银的氨水溶液里加进葡萄糖水,葡萄糖把看不见的银离子还原成银微粒,沉积在玻璃上做成银镜,最后再刷上一层漆就行了.看到这里,你会说:“镜子背面发亮的东西原来不是水银,是银.” 这个结论又落后于时代啦!
近年来,百货商店里已有不少镜子背面是镀铝的.铝是银白色亮闪闪的金属,比贵重的银便宜得多.制造铝镜,是在真空中使铝蒸发,铝蒸气凝结在玻璃面上,形成一层薄薄的铝膜,光采照人.这种铝镜价廉物美,很有前途.
我们家里经常用的镜子,也叫做平面镜.顾名思义,就是表面很平的镜子.那么,平面镜是利用什么原理工作的,它在工作时又遵循哪些规律呢?请再听我慢慢道来.
光到达两种物质的分界面时,会改变传播方向又返回到原来物质中.我们把这种现象称做光的反射现象.光在发生反射现象时遵循三点规律,即:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角.平面镜正是利用光的反射原理成像的光学仪器.平静的水面、抛光的金属表面等都相当于平面镜.
知道了平面镜工作的原理,那么平面镜在发挥作用的时候有哪些特点呢?这就需要我们来设计一些小实验了.用家里的镜子做实验,我们发现出了点小问题,就是:镜子后面虽然有我们的像,但是由于镜子不透明,我们不好进行操作.如何解决这样的问题呢?生活中我们发现玻璃既能透光,又能反射光.白天,透过玻璃的光太强,它反射光的本领就显不出来;天黑以后,屋里开了灯,外面漆黑一团,窗户上的玻璃就好像镀了一层银的镜子一样,能把房间里的人和家具映出来,这就是玻璃反射作用.
我们先利用玻璃既能反射光又能透光的性质,做一个有趣的实验:像图2这样把一块玻璃直立在桌子上.在玻璃的前方放一支蜡烛.玻璃杯和玻璃之间的距离,要和蜡烛到玻璃之间的距离完全相等.拉上窗帘,使屋子变暗,从蜡烛这边向玻璃望去,就会看到一个奇怪的现象――蜡烛正在水中燃烧.把水杯拿开,把你的手指放在原来水杯所在的位置上,请你的同学从蜡烛这边向玻璃望去,你的同学会看到你毫不在乎地把手指放在火焰里燃烧.在火焰处放一张白纸,从蜡烛
这边向玻璃望,纸好像在燃烧,如果直接从玻璃后侧看白纸,白纸上什么也没有.我们把只能用眼看到,不能用屏接收的这种像称做虚像.如图3,虚像不是由实际光线会聚成的,而是实际光线反向延长线相交而成的.人们说捞不到“水中月”、摘不到“镜中花”就是这个道理.
还是用那块玻璃,取两支大小一样的蜡烛,把一支点着以后,放在玻璃前面,再在玻璃后面放另一支没有点着的蜡烛,慢慢地移动它,使得隔着玻璃从各个角度看去,它正好跟点燃了的蜡烛的虚像重合在一起.这时候一个有趣的现象发生了,那支蜡烛就像被点着了一样.
以上实验告诉我们,镜子面前的物体,能在镜子里形成虚像;物体和镜子的距离,跟虚像和镜子的距离相等;镜子中的虚像和实物的大小相等.这就是平面镜成像的特点.
对于平面镜中像与物的大小相等的特点,虽然从字面上都能理解,但生活中由于视觉经验,往往会错误地认为“物体距平面镜越远像越小”.纠正的方法可先通过实验,用“重合法”来检验,将玻璃板前的蜡烛A逐渐远离玻璃板,从前面看去,虚像在逐渐“变小”,但把比A小一号的蜡烛B放在虚像位置上时,发现两者不能重合,而只有将与A等大的蜡烛放在虚像的位置上时,两者才能重合,这说明无论物体和平面镜的距离如何改变,也无论虚像“看上去”如何变化,虚像的大小始终和物体等大.
那么当人向平面镜走近时,为何觉得他的像变大了呢?这是人的视觉经验造成的.一辆汽车在远处,我们会觉得它很小,当它向我们驶过来时,我们会觉得它越来越大,二者的道理是相同的.同样可以解释“物体距平面镜越远像越小(等大的虚像看上去会变小)”,这是因为虚像距离平面镜前观察者的距离变远了,导致像的两端与眼睛所成的视角变小了,而像还是与物体等大的.
平面镜在生活中有广泛的应用,例如:
1.潜望镜如图4,它是利用水平光线通过和水平光线成45度夹角的反光镜,利用入射角等于反射角的原理,和另一块与之互相平行的反光镜,经过两次反射,来达到低于景物一段距离观察的目的.
2.角反射器自行车的尾部一般都装有用红色塑料制成的尾灯.当你把这个尾灯的红色塑料片拆下来观察时会发现,它外表面是平面,背面都是整齐排列着的凸起的立方体角,其实这每一个立方体角就是一个直角锥棱镜,即角反射器.角反射器的特点是:无论光线从哪一个方向射向它,它都能将入射光线逆原方向反射回去.如图5,夜间汽车灯光照射到自行车尾灯上,司机就会看到由角反射器反射回来的光线,犹如自行车尾灯发出红光一样.
家庭用的穿衣镜、练功房里墙壁四周的镜子、牙医检查牙齿时放入口中的小镜子等都是平面镜;投影仪等里面也有平面镜.可以这样说,我们的生活已经离不开平面镜了.
我们参观一些科学展览馆,照摆在馆内的哈哈镜时会遇到图6所示的可笑情况.顾名思义,哈哈镜就是能照得人发笑的面镜.当你站在哈哈镜前,你的脸可能被照得扁圆,上身可能被照得细长,腿可能被照得粗短……活像个“丑八怪”.如果你再换一个位置你在镜中的像又会换一个模样.同样是镜子,哈哈镜为什么会把人照出各种丑相呢?
原来,我们学习了平面镜知识后,知道了平面镜的反射面是光滑的平面.但是,镜子的反射面并不都是平面,其中有一种也是常用的镜子叫球面镜.这种镜子的反射面是球面的一部分.利用球面的内表面做反射面的镜子叫凹面镜,简称凹镜;利用球面的外表面做反射面的镜子叫凸面镜,简称凸镜,如图7所示.
凹面镜能会聚光线,它的这种性质有广泛的运用.例如,奥运会火炬的火种就是利用凹面镜把太阳光会聚在一点,从而引燃火把的;太阳灶也是利用这个性质制成的.大型的太阳灶,光线会聚处的温度可以达到3300℃.相传,公元前215年～前212年间,罗马人大举入侵希腊,在罗马船队准备攻打阿基米德的家乡叙拉古城时,阿基米德向国王献计,让守城的士兵在海岸列队,每人各持一面“魔镜”,把太阳光向罗马战船反射过去,并会聚到战船上,结果船队起火烧毁,罗马人莫名其妙地吃了败仗.其实,这些“魔镜”就是由一小块一小块平面镜组成的凹面镜.
凸面镜对光线有发散作用,因此,我们通过平面镜成像和凸面镜成像来观察物体时,凸面镜观察到的范围比相同口径的平面镜要大得多,所以汽车上的观后镜就是利用凸面镜这个性质制成的,这样可以使驾驶员从镜子中观察到车后较大范围内的物体,有利于安全行车.
现在我们就可以解释哈哈镜的问题了.哈哈镜的镜面不是平的,有的部分是凸镜,有的部分是凹镜.哈哈镜就是因为镜面凸凹不同,因而所成的像有的被放大、有的被缩小造成的.比如当你对着一个上部是凹镜的哈哈镜时,你的头就会被放大、而且因为鼻子在脸部突出,离镜面更近,所以鼻子的像放大的倍数比脸上其他任何部分都大,结果就照出大鼻子.如果你对着一个上部是凸面镜的哈哈镜,因为镜子在竖直方向上并没有弯曲,所以在竖直方向上像与物长度相同,但在水平方向上由于是凸镜,像是缩小的,因此,脸在镜中的像就变成细长的了.同样道理,如果用凹柱面镜照你的脸,你会看到一个短胖的脸.如果把镜面做成上凸下凹的,照出来的人就是头小身体大的了.镜面做成上凹下凸的,照出来的人就是头大身体小的.要是将镜面做成各部分凹凸不平的,照出的像就是歪七扭八的“丑八怪”了.
生活中的奥秘太多了,你知道的有多少呢?同学们自己可以进行探索!
