我們憑借視覺感知周圍世界的模樣，欣賞風(fēng)景，辨別方向，找準(zhǔn)目標(biāo)。然而，令人想不到的真相是，人眼所見到的一切并非真實(shí)的世界，而只是它們的“像”而已。

眼睛如何看世界

有的物體自身就能發(fā)光，我們稱之為光源。像太陽、螢火蟲、發(fā)光的魚，它們?cè)谧匀唤绫緛砭痛嬖冢瑢儆谧匀还庠?；而工作的電燈泡、燃燒的煤氣灶火焰，是人類加工形成的，屬于人造光源。不能發(fā)光的物體，我們也能看到，是因?yàn)樗鼈兎瓷涞墓膺M(jìn)入了人眼。

眼睛看物體遵循兩個(gè)原則：一是只認(rèn)進(jìn)入眼睛的光線，而不問它從哪里來；二是迎著進(jìn)入眼睛的光線反向找到相交點(diǎn)，默認(rèn)這個(gè)“相交點(diǎn)”就是光的出處。比如S點(diǎn)發(fā)出的光線進(jìn)入了人眼，人眼迎著光線，將光線反向延長(zhǎng)，找到相交的S點(diǎn)（圖1a），大腦認(rèn)為光就是由S點(diǎn)發(fā)出的。如果S點(diǎn)是在平面鏡前的，鏡面的反射光線也會(huì)進(jìn)入人眼（圖1b），光線的反向延長(zhǎng)線則交于S＇點(diǎn)，大腦會(huì)認(rèn)為光是由S＇點(diǎn)發(fā)出的?？陀^上并沒有S＇點(diǎn)，但人“真實(shí)”地感受到了。這個(gè)S＇點(diǎn)就是平面鏡所成的虛像，大小與S點(diǎn)相等，和S點(diǎn)關(guān)于鏡面對(duì)稱（或者說成它們的連線與鏡面垂直，到鏡面的距離相等）。

實(shí)像與虛像的共同點(diǎn)是眼睛都能“看到”（其實(shí)是都有光線進(jìn)入人眼），不同點(diǎn)是實(shí)像能呈現(xiàn)在光屏上，由實(shí)際光線相交而成；虛像不能呈現(xiàn)在光屏上，由實(shí)際光線的反向延長(zhǎng)線“相交”而成。

所以，眼睛本身并不能區(qū)分物體、實(shí)像、虛像。我們之所以能區(qū)別它們，靠的是生活中獲得的經(jīng)驗(yàn)。

“潭清疑水淺”的奧秘

光從一種透明介質(zhì)斜射入另一種透明介質(zhì)時(shí)，在界面將改變傳播方向，即發(fā)生折射。折射的基本規(guī)律是“哪邊大，哪邊大”——光在哪種介質(zhì)中的傳播速度大，在這種介質(zhì)中，光線與法線的夾角就大。

假定水下的魚A 發(fā)出的光線（或反射的光線）從水下斜射入空氣時(shí)，在水面發(fā)生折射，折射光線會(huì)遠(yuǎn)離法線（空氣中的光速大于水中的光速）。當(dāng)這些光線進(jìn)入人眼，人就“看到”了水下的“魚”——A＇，這個(gè)A＇就是折射形成的虛像。因?yàn)檎凵浣谴笥谌肷浣牵栽谌说囊曈X中，虛像的位置被抬高了（圖2）。水下的每一個(gè)物體，在水面上的人看來，位置都是抬高的，所以水看上去變“淺”了。因此，有經(jīng)驗(yàn)的漁民用魚叉叉魚時(shí)，要往看到的“魚”的下方叉。

實(shí)際上射到水面上方的光線，它們的反向延長(zhǎng)線并不能相交于水下同一點(diǎn)，所以從水面上方看到的水下虛像輪廓模糊，并不清晰。

不用到河邊，在家就可以體驗(yàn)“潭清疑水淺”。在碗底放一枚硬幣，眼可以看到；然后人往后退，直到剛好看不到硬幣為止。讓另一名同學(xué)往碗中加水（注意：慢慢加，不要讓硬幣移位），水面上升到一定位置時(shí)，你又能看到“硬幣”了（圖3）。你應(yīng)該知道，看到的其實(shí)是硬幣被抬高的虛像。換成看壓在玻璃板下面的字呢？同樣的道理，看到的也是位置被抬高的虛像。

如果把玻璃板豎起來，透過玻璃板看遠(yuǎn)處的物體呢？看到的是物體被拉近的虛像，而不是物體本身！

同樣，地球之外的物體發(fā)出的光線射向地球時(shí)，由于介質(zhì)不均勻，光線經(jīng)過了多次偏折才進(jìn)入人眼。當(dāng)我們逆著光線將反向延長(zhǎng)線相交來尋找物體時(shí)，看到的也都是虛像。是的，你從來沒有看見過真正的太陽、月亮，看到的都是它們的虛像。

歸納一下，當(dāng)反射形成虛像時(shí)，反射光線的反向延長(zhǎng)線必定經(jīng)過“像”；當(dāng)折射形成虛像時(shí)，折射光線的反向延長(zhǎng)線必定經(jīng)過“像”。這對(duì)我們掌握光路作圖非常有用。

探究小孔成像

這里的“小”，是相對(duì)物體到小孔距離與光屏到小孔距離來說的。如果把地面當(dāng)作光屏，把太陽當(dāng)作物體，那么樹葉間的縫隙就可以看作“小孔”。夏天，濃密的樹蔭下，常見到地面上有圓形光斑，就是太陽通過樹葉間的縫隙在地面所成的倒立、縮小的實(shí)像（圖4）。

通過示意圖，很容易理解小孔成像的原理。

物體兩個(gè)端點(diǎn)A、B發(fā)出的光，通過小孔后沿直線傳播，A點(diǎn)發(fā)出的光照射到光屏下端，形成像A＇；B點(diǎn)發(fā)出的光照射到光屏上端，形成像B＇。物體上所有點(diǎn)的像便組成了物體的像A＇B＇（圖5）。這個(gè)像是實(shí)像——由實(shí)際光線相交而成的，能呈現(xiàn)在光屏上。光的直線傳播導(dǎo)致像倒立。

我們?cè)诩依锞涂梢蕴骄啃】姿傻南竦拇笮∨c什么因素有關(guān)。

用大頭針在黑紙上扎個(gè)孔，盡量讓孔的周圍保持平滑。在黑紙兩側(cè)分別放置白紙（光屏）和燭焰（物體）。關(guān)燈、拉窗簾，實(shí)驗(yàn)環(huán)境越暗越好。當(dāng)觀察到白紙上有燭焰倒立的像時(shí)，改變燭焰到小孔的距離或白紙到小孔的距離，會(huì)看到像的大小也發(fā)生變化。規(guī)律也是“哪邊大，哪邊大”——若燭焰到小孔的距離大于光屏到小孔的距離，則燭焰比像大；若光屏到小孔的距離大于燭焰到小孔的距離，則像比燭焰大。當(dāng)然，像的大小與物體的大小也有關(guān)系。

（責(zé)任編輯：白玉磊）