核心概念
物理学
光学
光
反射
引言
你有没有去过镜子屋，看到自己滑稽的样子？在这个活动中，你可以构建自己的微型镜子屋。试试看，你能做出什么有趣的反射！
背景知识
当物体反射的光线进入我们的眼睛时，我们才能看到物体。根据光的输入，大脑利用眼睛的信号来重建物体的图像。
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大脑在重建图像的过程中会做出一些假设。其中一个假设是光线以直线从物体传播到眼睛。虽然光线通常以直线传播，但在某些情况下，它会先改变方向——例如，当光线进入或离开透明材料（如水）时，或者从发光的材料（如镜子）上反射时。你的大脑仍然会运行通常的重建过程，将图像视为由直线传播的光线创建的。因此，你的大脑可能会重建一个看起来与原始物体不同的图像；你的大脑可能被愚弄了！
光线从表面反射就像一个球在地板上弹跳。如果地板是平的，你将球直线向下扔，球会撞到地板并反向，直线向上弹起。这个方向称为表面的“法线”。如果你以与法线的角度扔球，它会以与法线相同的角度弹回法线的另一侧。同样的原理适用于从表面反射（或弹回）的光。在这种情况下，接近表面的光线被称为“入射光线”。如果入射光线以特定角度撞击反射表面，反射光线会以相同的角度离开表面，但位于法线的另一侧。换句话说，入射光线和反射光线形成一个完全对称的 V 形，法线是其对称轴。
镜子几乎反射所有照射到其表面的光线。此外，它们具有非常光滑的表面，通常是平的，这使得光线以有序的方式反射，从而反射出物体良好但“镜像”的图像。这会在视网膜上产生清晰的图像，从而产生清晰的重建图像。不完全光滑的光泽表面会导致模糊或模糊的图像。
镜子可以让你看到自己或身后物体的图像。但是它们总是能准确地呈现你或你身后物体的样子吗？试试这个活动，看看镜子是如何愚弄你的！
材料
镜面纸，可从工艺品或纸张用品商店购买。可以使用新的、没有皱纹的铝箔，但由于图像会比较模糊，观察效果不会那么清晰。
可以损坏的旧人字拖。如果没有，可以使用旧鞋垫或厚纸板。
两根烤肉串
小的彩色物体，如小雕像、小玩具、电池、橡皮擦等。（如果使用铝箔，最好选择颜色鲜艳的物体。）
不锈钢勺子，尽可能新（可选）
胶水（可选）
不锈钢杯子、锅、勺子等（可选）
准备工作
要制作可弯曲的镜子，请裁剪一块镜面纸，使其覆盖人字拖的鞋底（或你将使用的其他衬底）。
将人字拖横向放在桌子上（使长边与桌子的一侧平行），鞋底朝上。
将镜面纸的矩形放在上面，镜面朝上。
小心地将一根烤肉串从镜面纸插入人字拖，距离右边缘约一英寸，然后将第二根烤肉串插入人字拖的左边缘几厘米处。烤肉串应从人字拖上直立起来。
如果需要，使用胶水将烤肉串固定到位。
步骤
将镜子侧放，使其长边靠在桌子上，镜面朝向你。将一个小物体放在镜子前面的桌子上。如果你的物体又细又高，请将其侧放。你能在镜子里看到反射吗？
将物体在镜子中的反射与物体进行比较。它们看起来相同吗？大小和颜色相同吗？它们看起来位于相同的位置吗？
向后推镜子的两侧，使中间向你凸出。这种类型的曲面镜被称为凸面镜。将物体在凸面镜中的反射与物体进行比较。它们看起来相同吗？如果不同，它们看起来有什么不同？
让镜子恢复平坦，然后向后推中间，向前推两侧，使镜子的中间凹陷。这种类型的曲面镜被称为凹面镜。将物体在凹面镜中的反射与物体进行比较。它们看起来相同吗？如果不同，它们看起来有什么不同？
用其他几个物体重复前三个步骤。每次你都观察到类似的事情吗？物体何时拉长或变短？它们在什么方向上变化？
烤肉串从镜子中直立出来。科学家称这条线为表面的法线。你是否看到，对于平面镜，它们彼此平行？
看看当你创建一个凸面镜时，烤肉串会发生什么。它们仍然彼此平行吗？如果不是，烤肉串的尖端是更靠近彼此还是更分散？
创建一个凹面镜并再次查看。烤肉串彼此平行吗？如果不是，烤肉串的尖端是更靠近彼此还是更分散？
入射光线和反射光线总是形成一个与法线完全对称的 V 形。对于平面镜，法线（由烤肉串表示）是平行的。对于凹面镜或凸面镜，法线分别指向内侧和外侧。这类似于光线发生的情况：当镜子向内弯曲（凹面）时，它们会聚在一起，当镜子向外凸起（凸面）时，它们会分开。你能用这个知识来解释在凹面镜和凸面镜中看到的反射变形吗？
将镜子握在手中，以纵向（使其又高又窄）放在你面前。你能看到你的脸吗？如果你将镜子向一个方向弯曲，然后再向另一个方向弯曲，你认为你的脸会是什么样子？
弯曲镜子使其成为凸面镜。你的脸在凸面镜中看起来怎么样？你的预测正确吗？
弯曲镜子使其成为凹面镜。你的脸在凹面镜中看起来怎么样？你的预测正确吗？
[也许我们可以这样说：“你能轻轻地以不同的方式弯曲或扭转镜子吗？你的脸的反射会发生什么变化？”]额外内容：我们的镜子沿着一个方向弯曲。你认为如果它像勺子一样向各个方向弯曲，反射会是什么样子？试试用金属勺子的外侧反射自己或小物体。（勺子越新，图像越清晰。）你观察到了什么？你认为当你用勺子的内侧反射自己或物体时会发生什么？试试看。你的预测正确吗？
额外内容：拿一个小物体，将其从勺子的内侧移开，然后再靠近。现在将其非常靠近——直到它几乎触碰到。当物体靠近时，反射仍然是倒置的吗？你认为为什么会发生这种情况？
额外内容：拿起你自制的镜子，将其弯曲成凹形。将其弯曲得相当远，并估计如果烤肉串足够长，它们会接触到的点。也许你的烤肉串确实接触到了！将一个物体放置在比该点更靠近镜子的位置，将另一个物体放置在更远的位置。调整你的位置和物体的位置，以便你可以在镜子中看到物体的反射。你是否看到较远物体的反射有什么奇怪之处？这能帮助你找出凹面镜中的反射何时会倒置，何时不会吗？
额外内容：拿起小物体，看看它们在闪亮的不锈钢杯子、锅、勺子等中的反射是什么样的。你能理解你看到的东西吗？
观察和结果
你是否在曲面镜中看到了扭曲的反射？从物体上的一个点射出的光线会向各个方向传播。到达镜子的光线会像球在光滑表面上弹跳一样弹回。其中一些会进入眼睛。这些反射光线或其延伸线相遇的位置就是大脑认为物体所在的位置，因此当你看到镜子中的物体时，物体就会出现在那里。
对于平面镜，代表表面法线的烤肉串彼此平行。这会产生在镜子后面相遇的反射光线，因此图像会出现在镜子的另一侧。对于平面镜，反射的大小相同，并且看起来与实际物体距离镜子的距离相同。
对于凸面镜，烤肉串指向外侧。在这种情况下，光线会以与法线相同的方式反射，但由于烤肉串彼此指向相反的方向，因此与在平面镜上反射的光线相比，光线似乎会更加分散。这些光线也会在镜子后面的一个点相遇，但不如平面镜那样在后面。在凸面镜中反射的物体看起来比实际物体更靠近镜子且更小。
对于凹面镜，光线会聚，反射的光线扩散较少。靠近镜子的物体的反射会更大，看起来更远。如果光线足够长，它们会在镜子前相遇于一点。将物体移动到更接近光线相遇的点，反射光线扩散就会更少。结果，物体看起来会更大更远。反射会变得非常大，以至于你的镜子可能只覆盖了它的一小部分。一旦你越过光线相遇的点，就会发生奇怪的事情：你会看到物体倒置了！图像的左右两侧（如果你的镜子是横向放置的）或顶部和底部（如果你的镜子是纵向放置的）会被切换！发生这种情况是因为光线在镜子前相遇，因此从右侧或顶部开始的光线将反射回左侧或底部。勺子的内侧在水平和垂直方向上都是弯曲的，因此图像的左右两侧以及顶部和底部都会被切换。
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本活动由Science Buddies合作提供
