虛像總是正立的嗎

高雄武 李美嬌

摘? ?要：“平面鏡成虛像，而虛像一定是正立的”這種普遍存在于廣大物理教師和教學(xué)資料、教學(xué)視頻中的觀點(diǎn)是經(jīng)不起推敲的。平面鏡成像特征就是像與物體關(guān)于鏡面立體對(duì)稱，并無(wú)正立一說(shuō)；要確定像的正、倒，必須先確定物體的方向，再根據(jù)像的方向與物體的方向是否保持一致來(lái)確定像是否正立。

關(guān)鍵詞：平面鏡成像；正立；立體對(duì)稱

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2023）4-0055-2

2022年某市九年級(jí)聯(lián)考試卷中有這樣一道題：

陽(yáng)春三月，某人才公園綠樹紅花，藍(lán)天白云，美得像一幅現(xiàn)代畫，傍晚的人才公園尤其美麗，如圖1是小明拍下的人才公園，下列說(shuō)法正確的是（? ? ）

A．風(fēng)鈴木在地上的影子是由于光的反射形成的

B．“春筍”大樓在夕陽(yáng)下鍍了一層金光，此時(shí)大樓是光源

C．水中看到“春筍”的倒影是由于光的反射形成的倒立的虛像

D．有時(shí)雨后可以看到彩虹是因?yàn)楣獍l(fā)生了折射

對(duì)于上面的題，大部分老師都認(rèn)為C選項(xiàng)是錯(cuò)誤的，理由是：平面鏡成的是虛像，虛像總是正立的。盡管有少數(shù)老師提出質(zhì)疑，但質(zhì)疑聲很快就被多數(shù)認(rèn)為虛像總是正立的聲音蓋下去了。

1? ? 問題的提出

“虛像總是正立的”這個(gè)結(jié)論來(lái)自哪里？是什么魔力使常人眼中的事實(shí)（照片中的大樓的像明明是倒立的）被大量老師無(wú)視呢？

再到網(wǎng)上查詢，驚奇地發(fā)現(xiàn)，在各種教學(xué)視頻、知名公司制作的動(dòng)畫教程、各種網(wǎng)頁(yè)甚至一些論文中，頻頻出現(xiàn)平面鏡成正立的像的結(jié)論。原來(lái)，大家都把“平面鏡所成的像是正立的”作為結(jié)論在記，甚至還編成了順口溜讓學(xué)生背。

那么，平面鏡所成的像是不是真的正立的呢？水中的倒影如何解釋？

2? ? 問題的討論

2.1? ? 對(duì)正立觀點(diǎn)的分析

從文獻(xiàn)中搜索整理發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為平面鏡成正立的像，對(duì)水中倒影進(jìn)行解釋的，主要有兩種觀點(diǎn)。

一種觀點(diǎn)認(rèn)為，看到的水中物體的像和物體方向相反，看起來(lái)是倒立的，原因是觀察者選取的參照系不對(duì)?！罢_”的做法應(yīng)該是選取平面鏡作為參照系，以平面鏡為“基準(zhǔn)”或“參照系”去觀察像和物［1］。他們的意思應(yīng)該是指：人站（按他們的說(shuō)法其實(shí)應(yīng)該是躺）在水面的位置去觀察，看房子，地基在腳下，房頂指向天空遠(yuǎn)離自己；再轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái)看水中的像，同樣是地基在腳下房頂指向天空，所以是“正立”的。那么，為了得到正立的結(jié)論，強(qiáng)迫觀察者一定要到指定的位置按指定的方法去觀察，其他角度觀察的結(jié)果就不對(duì)嗎？再仔細(xì)想想，就算按他們的要求去觀察，看到這個(gè)結(jié)果，算是正立嗎？這其實(shí)就是對(duì)稱，并非正立。

另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，是我們觀察的角度不對(duì)。那怎樣才是正確的角度呢？有的說(shuō)，不能站著看，要彎腰低頭去看，這時(shí)“從上方觀察， 發(fā)現(xiàn)相對(duì)于鏡面，像與物依然是相對(duì)正立的。”［2］還有的甚至認(rèn)為：“應(yīng)該先把水平面等效成一塊平面鏡，將它豎立起來(lái)， 再來(lái)觀察鏡前物體和鏡中物體的虛像相對(duì)于原來(lái)水平面的位置關(guān)系?！保?］這樣，我們就能看到正立的像了。顯然，他們所指的正立，不是建筑物屋頂真的正立了，而是把建筑物“放倒”后，底座“正立”了。也就是說(shuō)，他們要讓學(xué)生無(wú)視像與建筑物屋頂方向相反的事實(shí)，轉(zhuǎn)而去觀察建筑底座的方向，是不是合理呢？

以上兩種支持正立的觀點(diǎn)，其“正立”的表現(xiàn)形式和內(nèi)涵卻完全不同。

2.2? ? 正立的觀點(diǎn)無(wú)依據(jù)

其實(shí)，教材并沒有對(duì)平面鏡所成的像給出是否正立的結(jié)論，更沒有虛像一定是正立的描述。2012年版人教版物理八年級(jí)上冊(cè)課本上的表述清楚明了，平面鏡所成的像與物體之間有三個(gè)關(guān)系：大小相等、到平面鏡的距離相等、連線與鏡面垂直，根本沒有“正立”的描述。課本還提到，根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可得到“平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面對(duì)稱”的結(jié)論。

課本對(duì)平面鏡成像特點(diǎn)的歸納是非常科學(xué)、完整的。進(jìn)一步分析可以發(fā)現(xiàn)，由于像和物體都是立體的，所以這個(gè)對(duì)稱是有深度的。平面鏡所成的像與物體關(guān)于平面鏡立體對(duì)稱，這就是問題的實(shí)質(zhì)。平面鏡所成的像的所有形態(tài)特征，都能從這個(gè)立體對(duì)稱中找到答案，所以不應(yīng)該在成像規(guī)律后面再加上一條“正立”的規(guī)律，弄巧成拙。

2.3? ? 平面鏡能成正立的像

可像到底是正立還是倒立，是很多人的疑慮，也經(jīng)常出現(xiàn)在各種考題中。那么，在像和物體關(guān)于平面鏡立體對(duì)稱的基礎(chǔ)上，能不能說(shuō)平面鏡所成的像正立或者倒立呢？

要判斷像是否正立，首先就要給正立下個(gè)定義。漢語(yǔ)詞典里對(duì)正立一詞的解釋是：“端正地站立”，這個(gè)解釋顯然是對(duì)單個(gè)個(gè)體而言的?，F(xiàn)在我們要評(píng)判像與物體的正立，涉及兩個(gè)物體，那就一定要對(duì)兩個(gè)物體進(jìn)行比較。筆者認(rèn)為，采用“像的方向與物體的方向是否保持一致”這一評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)來(lái)判斷像的正立或倒立更為合理、科學(xué)。所以要判斷像的正立或倒立，一個(gè)最重要的前提就是人們要對(duì)物體的方向有一致的看法。一旦物體有了明確的方向，根據(jù)平面鏡成像的特點(diǎn)，或者通過(guò)作光路圖，就可以發(fā)現(xiàn)平面鏡成的像可正可倒，但要視具體條件而定［4］。

那么，物體有方向嗎？筆者認(rèn)為，可以有。

下面歸納幾種可以判斷正立、倒立的情況。

2.3.1? ? 人們公認(rèn)以豎直方向作為物體方向的情況

由“端正地站立”這個(gè)個(gè)體正立的概念引申而來(lái)，絕大多數(shù)情況下，人們會(huì)給客觀物體賦予一個(gè)豎直向上的方向。此方向一確定，就很容易得出結(jié)論：豎直放置的平面鏡成正立的像，水平放置的平面鏡成倒立的像（本文開頭題目就屬于這種情況），傾斜放置的平面鏡成傾斜的像。

2.3.2? ? 物體的方向性很明確，通常被視為一條線的情況

如一支筆、一把寶劍、一座寶塔等，這些物體在人們心目中通常是有方向的，這時(shí)，如果平面鏡與物體方向平行放置就成正立的像，垂直放置就成倒立的像。

2.3.3? ? 真正意義上的正立

真正正立的像，應(yīng)該是不管在物體上選什么方向，這個(gè)方向的像都能與其保持一致。要達(dá)成這個(gè)效果，就必須滿足兩個(gè)條件：一是物體是平面的，不是立體的；二是物體與鏡面平行放置。比如，把一張沒有厚度的平整圖片與鏡面平行放置，這時(shí)不管在圖片上取什么方向，像的相應(yīng)方向都會(huì)與它保持一致，這就是正立的像。

3? ? 結(jié)? ?論

總之，平面鏡所成的像與物體關(guān)于鏡面立體對(duì)稱。平面鏡所成的像可以是正立的，也可以是倒立的，還可以是傾斜的。所以，虛像不都是正立的。

學(xué)習(xí)物理應(yīng)該是要讓人明理，把紛繁復(fù)雜的客觀世界用簡(jiǎn)單明了的規(guī)律統(tǒng)領(lǐng)起來(lái)。物理課絕不能以為難學(xué)生、把簡(jiǎn)單問題復(fù)雜化為目標(biāo)。否則，學(xué)生會(huì)逐漸失去學(xué)習(xí)物理的信心和興趣。

參考文獻(xiàn)：

［1］席桑田.虛像是正立的還是倒立的［J］.物理教師，2004，25（1）：45.

［2］陳翠玉.“平面鏡成像”一課的教學(xué)難點(diǎn)及突破方法［J］.中學(xué)物理，2017，35（4）：17-18.

［3］盧振林.“水中的倒影”真的是倒立的像嗎？［J］.物理教學(xué)探討，2008，26（9）：41，43.

［4］徐仁三.淺談像的正倒［J］.物理教師，1997，18（9）：31.

（欄目編輯? ? 蔣小平）