「影像在哪裡？」用半透鏡實作的神奇鏡像實驗——帶你理解反射定律

我是科學訓練師 桑子研。每一天都是實驗課！

每次照鏡子，你總是能看到鏡中的自己。但是，你有沒有想過：「鏡子裡的那個我，究竟『在哪裡』？」在理化課上，我們學到「物體到鏡子的距離，會等於像（影像）到鏡子的距離」。不過說真的，就算教科書上這樣寫，大部分人可能還是覺得有點抽象，沒有什麼「實感」吧？

畢竟，「像就在那邊」這種感覺本身就很難掌握。「鏡子裡的像究竟『在哪裡？』」這個問題，雖然是理化課的經典題目，但要讓學生們真正理解和信服，其實是個大挑戰。教科書雖然寫著「像和物體一樣，在鏡子後面相同距離的位置」，但對學生來說，為什麼會這樣？還有，「像在那邊」到底是什麼意思？這些都很難在直覺上「開竅」。

更麻煩的是，上課時就算你說：「大家看！」，但因為每個人看鏡子的角度不同，看到的樣子也會不一樣，要讓全班同學一起「共享」這個像的位置，簡直是難上加難。東一個西一個把頭湊過去說「從這邊看」「不對啦，不是那邊」，這樣一來，整個上課節奏就亂了套。

大日本圖書的教科書裡有介紹過一個實驗：利用手鏡，把一個一樣的物體放在鏡像重疊的位置，然後去量距離。

資料來源：大日本圖書《理科の世界１》

實際操作起來，你會發現超！級！難！ 就算你閉一隻眼，或是喬角度，只要視線稍微偏一點，原本看起來重疊的物體和像就會錯開。「真的對準了嗎？」反而讓大家更混亂。

🧙‍♀️魔法鏡子？用「半透鏡」破解謎團

這時候，祭出「半透鏡（Half Mirror）」就超級好用！

這個方法是小森榮治老師教我的。顧名思義，半透鏡就是一塊「一半是鏡子」的板子。它能讓一部分光線反射（擁有鏡子的特性），同時也讓一部分光線穿透（擁有透明玻璃的特性）。這種「一半透明、一半反射」的特質，正是這次實驗的大功臣！用上它，你就能讓物體和像精準地重疊在一起，是不是很厲害！

實驗準備和步驟

準備材料：

• 3號電池 2顆（或兩個長得一模一樣的小東西）
• 半透鏡（像是壓克力材質的反射・穿透兩用鏡）

  我是從 Amazon 買的。它可以用剪刀剪裁，而且強度還不錯。

  

• 尺或捲尺（用來測量像與物體的距離）或底紙

半透鏡摸起來就像是鏡子和透明塑膠片的中間體。

實驗步驟：

在桌上放 1 顆電池。（這就是我們的「物體」）

把半透鏡立在電池前面（靠近自己這一側）。

透過半透鏡看過去，確認後面的電池有映出「像」來。（這展現了鏡子的特性）

重點來了！ 把第 2 顆電池（實物）放在半透鏡的**「後面」。因為半透鏡既能反射（看到前面電池的像），又能穿透（看到後面放的真電池），所以我們可以同時看到**「前面電池的像」和「後面放的真電池」！慢慢移動後面那顆電池，直到這兩者完美地重疊在一起。

當兩個電池完全重疊後，從上方往下看，用尺測量「前面電池（物體）到半透鏡的距離」，以及「後面電池（位於像的位置的實物）到半透鏡的距離」，並記錄下來。

這是一個輔助說明的影片，請參考。

為什麼這樣就能知道「像的位置」？

這個實驗的精髓就在於，它能讓你在視覺上親眼確認：「物體和像重疊在一起，就表示像在這個位置！」鏡子裡的像，實際上並沒有光線匯聚，所以被稱為「虛像」。用一般的鏡子，我們只能看到這個「虛像」，無法伸手去觸摸確認它的位置。

然而，用了半透鏡，我們就能將「第 2 顆電池（實物）」擺在與「前面電池的虛像」看起來一樣的位置上。換句話說，我們把一個「真的物體」疊放在「虛像本來該待的地址」上。這樣一來，每個人都能毫無疑問地體會到：「鏡子裡那顆電池，實際上就擺在這個位置！」

在課堂上進行這個實驗時，建議可以先全班示範，然後讓學生們兩人一組或分組親自試試。在經歷過普通鏡子的「痛苦」後，他們可能會對半透鏡的清晰易懂感到驚訝甚至感動！最後，讓他們實際測量像和物體的距離，這樣就能同時獲得**「親眼看到所以相信」的直覺感受，以及「測量數值證實」**的科學依據。

透過這種方式，「物體到鏡子的距離等於像到鏡子的距離」這條規則，就不再是死背的知識點，而是學生們自己發現的「科學法則」，從而得到更深層次的理解。

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