平面鏡：一個特殊的、不變的情況
1·預測
普通的平面鏡是鏡子成像的日常情況。當你將物體移離平面鏡更遠時，它的虛像的大小會改變嗎？
- 隨著物體移得更遠，影像會縮小。
- 不會－無論距離多遠，平面鏡的影像始終與物體大小相同（放大倍率恰好為 1）。
- 隨著物體移得更遠，影像也會變大。
2·設定
- 開啟 plane-mirror 預設並按下 Reset。
- 啟用像距讀數。
- 設定每次試驗的物距並記錄影像距離。
3·收集數據
| 物距d_o (cm) | 像離d_i (cm) |
|---|---|
| 20.00 | |
| 40.00 | |
| 60.00 |
針對三次試驗，繪製像距d_i（Y軸）相對物距d_o（x軸）的關係圖。直線是否通過原點且斜率為−1？
4·分析
- 對於一次試驗，準確確認 d_i = −d_o（平面鏡是鏡像方程式的 f → ∞ 極限）。與表比較。
- 解釋為什麼平面鏡的影像總是位於鏡子後面與物體位於鏡子前面的距離一樣遠，以及為什麼放大倍率總是正好為 1。
5·擴展
- 平面鏡可以被認為是具有無限焦距的曲面鏡（完全平坦=零曲率）。使用 1/f = 1/d_o + 1/d_i 且 f → ∞ 解釋為什麼這會精確地迫使 d_i = −d_o。
- 當你走向平面鏡時，你的影像以相同的速度走向你——影像距離總是與你自己到鏡子表面的距離完全匹配。與曲面鏡和透鏡相比，為什麼平面鏡特別簡單？
這個實驗背後的物理原理
平面鏡為 f → ∞
平面鏡是具有無限焦距的鏡子方程式的特殊情況：1/∞ = 1/d_o + 1/d_i 精確地迫使 d_i = −d_o，放大倍率始終為 1 — 一個未放大的直立虛像。