為什么平面鏡中像與實物左右相反

你可能天天要照照鏡子，整整容貌，甚至面對鏡中的你沉思：鏡中像的左右為什么恰與你自己（實物）左右相反呢？要解答這一問題首先必須弄清下列問題：

一、平面鏡的結構及反光原理是怎樣的？

由于平面鏡是在一塊平板玻璃的一面均勻地鍍上一層金屬膜（多是銀，現在也用鋁等），膜外面涂上一層保護漆（圖1）。當光射到平面鏡上，先透過玻璃層，遇到金屬膜則全部反射，反射光先透過玻璃層再進入空氣里傳播，光在經過空氣和玻璃的交界面時雖有折射，但因玻璃較薄，一般不考慮其對光路的影響。

二、平面鏡是怎樣成像的？

平面鏡前的蠟燭是怎樣成像的呢？如圖2，在燭焰上取一點S，發光點S射向鏡面的光線經鏡面反射，這些反射光線的反向延長線會相交于鏡面后同一點S′（根據光的反射定律和三角形全等知識可證明），而這些反射光進入眼睛后，眼睛只能感覺到光是沿直線傳播而來（即不能感覺出光在進入人眼前的過程中是否改變過光路，只能感覺光是沿最后進入眼睛的光所在直線上的某點發出的），所以反射光AD、BE、CF進入人眼后，人就感覺到它們好像是從它們反向延長線的交點S′發出的，于是就看到了像點S′。通過實驗知道，在鏡子后面實際上并沒有這個發出光線的點，所以叫虛像，物體上的每個點在鏡子里都能按如此原理成一個像點，所有的像點就組成整個物體的虛像（這就是平面鏡成像原理）。上述過程中眼睛只能感覺到的光是沿直線傳播而來，這是眼睛的生理功能所決定的，這一點需要我們慢慢理解它。

三、平面鏡成像大小與物體距鏡遠近是否有關？

通過實驗探究得知：平面鏡所成的虛像是正立的，像與物等大到鏡面等距。從實驗的角度容易理解這一結論，但由于在日常生活中，我們感覺到：物體距離平面鏡越遠而其像越小的情況。因而有人對“像與物等大”表示懷疑。這又怎樣來解釋上述“情況”呢？

原來，這是沒把“像”理解成一個客觀對象有關。一個物體只要放在平面鏡前方，它就能在平面鏡中對稱的位置上成一個像，這個像雖然是虛像，但它與物體一樣是客觀存在的事實。

而實際上，物體的長度（含長短、粗細）是一定的，但人距它越遠，看到它感覺到它會越小，這與物體在視網膜上所成的像的大小有關。即物體距眼睛越遠，通過眼球“凸透鏡”成于視網膜上的倒立、縮小的實像也就越小，通過視神經傳輸到大腦視覺中樞感覺到的物體就越小。因此不能因距離它遠感覺到它小，就說它的長度在變小。而實際上物體的長度是由物體本身決定的，而不是以我們的感覺來決定的。所以，無論我們距物體遠近感覺它大或小，物體的長度都未變。但在生活中，我們看到的遠處的物體，能對它的大小進行估計，這是根據物體在背景中的大小比例并結合生活經驗，綜合分析而得到的。

在平面鏡前觀看物體的像大小也是這樣的道理，應理解像是一個“客觀的對象”，其大小是由像本身來決定，根據平面鏡成像特點知，像與物始終是等大的，所以，無論我們感覺到物距平面鏡的距離發生怎樣的變化，從而感覺到的像無論是大還是小，它也只能是由物體本身來決定，而不是以我們的感覺來決定的。平面鏡成像大小與物體距鏡遠近無關。

四、為什么平面鏡成像與實物左右相反而不上下相反？

當你面對平面鏡舉起左手時，映在鏡中自己的像卻是舉起右手，在平面鏡中成像與實物總是左右相反而不上下相反（圖3），為什么呢？

這可從平面鏡成像的原理來分析：物體放在平面鏡前，它上面的每個點反射出的光遇鏡即反射，其反向延長線于鏡中相交的點即是成像點。物體上所有點射出的光遇鏡反射后都按上述那樣在鏡中形成所有的像點而組成虛像。因而像與物體大小相同，像到鏡的距離與物體到鏡的距離相等。于是像與物體相對于平面鏡對稱。

由于平面鏡成像有上述特點，觀察者在判斷左、右、上、下等位置時，通常是以其自己身體為坐標系來確定的。如在照鏡時，以鏡中像為坐標系，兩相比較，所以就感覺到像與自己的左右相反；仔細觀察比較并無上下相反情況。

鏡像與實物，還有“前后相反”的情況。例如取一平面鏡垂直放置，在鏡前依次拿三支削尖的鉛筆分別使筆尖向上、向右、和向前（圖4），再從外垂直于鏡面地向鏡前面（后）移動。這樣，就可看到：向上與向右的鉛筆實物與像接近重合，完全一樣；而向前的鉛筆，實物與像的部位完全相反。像這樣的情況就是平面鏡成像的前后相反。鏡像與實物部位前后相反的原因，也可從平面鏡成像的原理來解釋。

鏡像與實物相反的問題，不僅涉及幾何光學的性質，而且還涉及人看鏡中像時的心理作用，所以，這被稱為“鏡像難題”。