實(shí)像和虛像

在初中物理光學(xué)的學(xué)習(xí)中，我們經(jīng)常遇到有關(guān)像的問題，即在光的直線傳播、光的反射、光的折射等現(xiàn)象中所成的像.這些像大體分為兩類，這就是實(shí)像和虛像.那么對實(shí)像和虛像成因以及對它們的辨別是同學(xué)們在學(xué)習(xí)中的難點(diǎn).今天就來談一談這個問題.

從現(xiàn)象上看，實(shí)像能夠在白紙、毛玻璃等光屏上呈現(xiàn)的，而虛像則不能在光屏上呈現(xiàn)；從形成原因上看，實(shí)像是由實(shí)際光線會聚而成的，而虛像是由反射或折射光線的反向延長線相交而形成的，也就是我們通常所說的：實(shí)像是實(shí)際光線會聚而形成的，能用光屏接收，而虛像不是實(shí)際光線會聚而形成的，不能用光屏接收.其中需要說明的是：①像并不一定是實(shí)際物體所成的像，也可以是像成像，如二次成像(望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡中最終眼睛看到的像)；②實(shí)像和虛像并不能依據(jù)眼睛是否能看到來判斷，因?yàn)槿说难劬饶芸吹綄?shí)像，也能看到虛像，如能看到平面鏡中所成的虛像.人眼是依靠光的直線傳播來確定“物體”及其位置的.只要有光線進(jìn)入人的眼睛并能在視網(wǎng)膜上成清晰的像，我們就能看見“物體”，所以在眼睛中所成像的“物體”，既可能是實(shí)像，也可能是虛像.

下面我們通過一些光學(xué)器件所成的像來具體分析說明有關(guān)實(shí)像和虛像的區(qū)別.

1.在小孔成像中，我們能在小孔后面的光屏（毛玻璃或半透明的塑料薄膜）上看到一個倒立的像，像能在光屏上呈現(xiàn)，說明它是實(shí)像，從形成原因上看，它是因?yàn)楣庠谕环N均勻介質(zhì)中沿直線傳播，在光屏上由實(shí)際光線會聚而成的.在物體與小孔之間距離不變的情況下，其大小隨光屏到小孔之間的距離（即像距）變化而變化.如圖1中的(a)、(b)所示.

2.在平面鏡成像中，若在平面鏡的后面放上光屏，無論怎樣移動光屏都不能在光屏上找到像，這就是說平面鏡所成的像不能呈現(xiàn)在光屏上，所以是虛像.另外從平面鏡成像的作圖中也能看出這一點(diǎn)，如圖2所示，物點(diǎn)Ｓ所發(fā)出(或反射出)的任意兩條光線經(jīng)平面鏡反射后，其反射光線不能相交，而其兩條反射光線的反向延長線可以交于一點(diǎn)，這一點(diǎn)S′就是物點(diǎn)S所成的虛像.

3.在凸透鏡成像的規(guī)律中，其成像情況比較復(fù)雜，它實(shí)際上是光線經(jīng)透鏡兩次折射后而形成的.從實(shí)驗(yàn)可知，凸透鏡成像規(guī)律如下表所示：

從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，當(dāng)u>f時的前兩種情況，我們能從光屏找到清晰的像，說明該像是實(shí)像.而當(dāng)u＜f時，無論怎樣在光屏上都不能找到像，而透過凸透鏡觀察物體確能夠看到一個正立的放大的像，而此時在你所看到的像的位置放上光屏卻在光屏上怎么也找不到所成的像，所以它是虛像.其成像原因可以通過凸透鏡對光線作用中的三條特殊光線的作圖來說明，如圖3中的(a)、(b)、(c)所示.

從圖(a)、(b)中可以發(fā)現(xiàn)，它們的像都是由物體發(fā)光的光線經(jīng)凸透鏡折射后實(shí)際光線會聚而成的，所以是實(shí)像；而(c)圖中的像是物體發(fā)出的光線經(jīng)凸透鏡折射后，其折射光線的反向延長線相交而形成的，所以是虛像.

4．在其他情況的成像中，我們也可以用類似的兩種方法中的一種來判斷有關(guān)光學(xué)器件所成像的虛實(shí).如在水上面的人看到水中的物體時，其成像光路圖如圖4所示，相信你已經(jīng)根據(jù)成像光路圖判斷出人們看到是什么性質(zhì)的像了吧，它就是虛像，而且實(shí)際物體的位置在像的下方，這就是漁民叉魚時為什么要將魚叉向看到的魚的下方瞄準(zhǔn)的原因.若向看到的魚叉去，那只能叉到實(shí)際魚的虛像了!

除了以上介紹的光學(xué)器件所成的像以外，我們學(xué)習(xí)中還遇到其他的光學(xué)器件，如：凸面鏡、凹透鏡成的是正立的、縮小的虛像；凹面鏡成像情況與凸透鏡相似；望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的成像情況比較復(fù)雜，這里不再介紹.

現(xiàn)在我們就根據(jù)前面介紹的方法，通過幾道例題來進(jìn)一步加深我們對實(shí)像和虛像的理解和辨別.

例 1 小明在課外按如圖5所示裝置做小孔成像實(shí)驗(yàn)．如果易拉罐底部小孔是三角形，則他在半透明紙上看到的像是（ ）.

A．三角形光斑 B．圓形光斑

C．蠟燭的正立像D．蠟燭的倒立像

解析 由題意可知“他在半透明紙上看到的像”則說明是實(shí)像，而小孔成像原理是光的直線傳播，并沒有對小孔的形狀進(jìn)行約束，只是對小孔的大小有所要求.從實(shí)驗(yàn)也可以發(fā)現(xiàn)像的形狀與小孔的形狀無關(guān)，只與物體的形狀相同，且是倒立的，所以該題的正確選項(xiàng)是D.

例2 如圖6是張敏同學(xué)拍攝的西湖大酒店風(fēng)景相片，下面說法正確的是（ ）.

A．要想使大樓的像更大些，張敏應(yīng)向大樓靠近些再拍攝

B．大樓在湖中的倒影是由于光的直線傳播形成的

C．大樓在湖中的倒影是由于光的折射形成的

D．拍攝時底片上的像是倒立放大的虛像

解析 “西湖大酒店“的像能成在底片這一光屏上，所以是實(shí)像，因而D是錯誤的；大樓在湖中的倒影是由于光的反射而形成的，所以B、C是錯誤的；在凸透鏡成像的實(shí)驗(yàn)中，若要在光屏上得到較大的像，應(yīng)減小物體到凸透鏡的距離，當(dāng)然同時應(yīng)當(dāng)增加光屏(底片)到凸透鏡的距離，所以該題的正確選項(xiàng)是A.

例3 下列關(guān)于光現(xiàn)象的說法中，正確的是（ ）.

A．在河邊看到水中的白云、小魚都是虛像

B．光與鏡面成30°角射在平面鏡上，則其反射角也是30°

C．“海市蜃樓”是由于光的反射而形成的

D．太陽光不能被分解為其他色光

解析 此題是關(guān)于光學(xué)規(guī)律的基本練習(xí)，水中的云是倒影，是由于光的反射.水中的魚是由于光的折射而形成的，通過前面的分析可知，它們所成的像都是虛像；而B選項(xiàng)中的入射角是60°不是30°，所以其反射角是60°，不是30°；“海市蜃樓”主要是由于光的折射而形成的；太陽光是復(fù)色光，因而可以分解為單色光.綜上分析，此題正確答案是A.

在解這類題目時，往往還要根據(jù)其他的相關(guān)規(guī)律來進(jìn)行判斷，如在凸透鏡成像性質(zhì)中，還可以根據(jù)物體到凸透鏡距離與凸透鏡焦距之間的關(guān)系來判斷；在平面鏡成像中，還可以根據(jù)其成像規(guī)律直接判斷.這就是說我們在知識學(xué)習(xí)的過程中要注意相關(guān)信息的聯(lián)系，這樣才能更全面地掌握知識.

下面是幾道基礎(chǔ)題，請你用上面的方法試一試吧.

1.我們觀察到水中的魚和水中的云，它們形成的原因，前者是由于光的_______而形成的_______像(填“虛”或“實(shí)”)；后者是由于光的_______而形成的_______像．(填“虛”或“實(shí)”)

2.我們平時教室中的投影機(jī)成的像是虛像還是實(shí)像？為什么？

3.如圖7所示是小芳同學(xué)制作的模型照相機(jī).通過調(diào)整內(nèi)外紙筒的相對距離，可以在半透明膜上看到遠(yuǎn)處景物倒立的像.使用此模型照相機(jī)，下列說法正確的是（ ）.

A．看到遠(yuǎn)處景物的像是虛像

B．如果看遠(yuǎn)處是很清晰，那么看近景時，應(yīng)把內(nèi)紙筒向外拉一些

C．應(yīng)把內(nèi)紙筒朝明亮的室外，凸透鏡朝較暗的室內(nèi)

D． 凸透鏡與半透明膜之間的距離相當(dāng)于凸透鏡的焦距

參考答案：1．折射 虛 反射 虛2．教室中的投影機(jī)成的像能在光屏上呈現(xiàn)，所以是實(shí)像3．B

另外要補(bǔ)充說明的是，我們有時會認(rèn)為：實(shí)像總是倒立的、虛像總是正立的，這句話有局限性.在上述所列舉的四種情況中是這樣，但對于望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡等多個光學(xué)器件組成的組合器件，就不一定是這樣了，如顯微鏡最終成的是倒立的、放大的虛像，像就不是正立的.這進(jìn)一步告訴我們，在物理的學(xué)習(xí)中，有關(guān)物理規(guī)律一定注意其適用的條件!

同時，在實(shí)際問題中還有關(guān)于影是不是像的爭論，影是指在不透明物體的背面光照不到的陰影區(qū)域，顯然它不是實(shí)際光線會聚而形成的，它不是實(shí)像；它也不是由實(shí)際光線的反射延長線相交而形成的，也不是虛像，所以影不是像.