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- 2014年
- 533期－科學、數學，動手玩（5月號）
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2014-05-01小玩具 大道理—反光凹面鏡中的實像
533 期
Author 作者
周鑑恆／任教萬能科技大學光電系。
幾何光學似乎很簡單，然而幾何光學的重點在於它的應用。日常生活或專業領域中的眼鏡、各種照相機、投影機、放大鏡，還有各式各樣的望遠鏡和顯微鏡，都是幾何光學的重要應用。這些儀器的工作原理，才是幾何光學的核心內容。
在幾何光學中，物體可視為由點光源構成的東西（就好像平面顯示器中的影像是由畫素構成的），經過各種透鏡或反射鏡，會產生物體的虛像或實像。從幾何光學的角度來看，真實的物體、虛像或實像，三者都是由點光源構成，三者有非常類似的光學行為，儘管虛像和實像上的點光源與實際物體的點光源略有不同。
有一種光學玩具（圖一），看起來像一個有蓋的碗，碗蓋上有一圓孔，碗和碗蓋的內側都是反光的凹面鏡，在碗底放一隻模型小青蛙模型（圖二），蓋上碗蓋，在碗蓋的孔中就會憑空出現一隻小青蛙，用手去摸，卻摸不到，但看起來小青蛙明明就在碗蓋上的孔中（圖四）。
這項玩具神奇地凸顯出虛像與實像的特徵，並將凹面鏡成像的原理發揮得淋漓盡致。可惜的是，連生產行銷廠商的說明書都沒有清楚交代其中的奧祕。
碗底的小青蛙模型，首先經碗蓋內側的凹面鏡形成放大的變形虛像（圖三）。這虛像（像隻又肥又壯的大癩蛤蟆）與一真實放大變形的物體無異。碗內向上的凹面鏡又會形成這放大變形虛像的復原實像（又變回小青蛙），此實像所在的位置剛好在碗蓋的圓孔中。光學上實像與真實物體相差無幾，所以看起來彷彿真有一隻小青蛙在圓孔中（圖四），但摸不到，因為它只是光學上的實像。......【更多內容請閱讀科學月刊第533期】