6、光学中的平面镜、球面镜与干涉现象解析

光学中的平面镜、球面镜与干涉现象解析

1. 平面镜与球面镜

在光学领域，平面镜和球面镜有着独特的成像特性。

1.1 平面镜与虚像

平面镜成像遵循反射定律，即入射角与反射角的绝对值相等。对于二维物体，平面镜会形成虚像，且该虚像左右颠倒。当观察一个点光源发出的锥形光线反射时，物体点看起来好像在镜子的“另一侧”。对于三维物体，用右手坐标系的箭头表示，平面镜所成的虚像则呈现为左手坐标系。例如，救护车上“Ambulance”字样从左到右书写，前方汽车里的司机通过后视镜能“正常”读取这些字样。

1.2 球面镜与镜像方程

球面镜分为凹面镜和凸面镜，它们在不同领域有着重要应用。直径达数米的球面凹面镜常用于天文望远镜，替代第一个透镜，能将真实直立的物体形成倒立的实像。而直径小得多的球面凸面镜则用于化妆等用途，可将直立物体形成直立的虚像。我们的眼睛利用正透镜在视网膜上成像，但能“看到”直立的虚像。

球面镜的成像方程可由单个球面的成像方程推导得出。单个球面的成像方程为：
[
\frac{n_1}{-x_o} + \frac{n_2}{x_i} = \frac{n_2 - n_1}{r}
]
通过形式上令 (n_1 = -n_2)，可得到球面镜的成像方程：
[
\frac{n_1}{-x_o} + \frac{-n_1}{x_i} = \frac{-n_1 - n_1}{r}
]
化简后为：
[
\frac{1}{x_o} + \frac{1}{x_i} = \frac{2}{r}
]
其中，(r) 为球面的曲率半径。