海市蜃樓演示儀

張君涵

我在新聞上看到了一則關于海市蜃樓的報道，非常感興趣，于是萌生了制作一個裝置、人工制造海市蜃樓現象的念頭。

經過查閱資料，學習光學原理，我決定通過光的反射形成具有3D成像效果的實驗裝置，來實現我的想法。

接下來，我繼續查閱網絡資料、深入學習物理知識，又接受了老師的建議，利用凹面鏡成像原理，最終制作出了一套裝置，我給它命名為“海市蜃樓演示儀”。這套海市蜃樓演示儀只是一個靜態的成像展示裝置。其原理光路如右圖所示：

將物體放在雙凹面鏡的最下端，物體上發出的光線經過反射后，絕大多數都從頂部缺口處以物體完全相同的方式射出來。在觀察者看來，真實物體似乎就在上面，可伸手又不能觸碰到。從光路圖可以看出，經過雙凹面鏡成像后的物體虛像與物體位置正好相反，旋轉了180°，光線是從物體的左側射出的，從雙凹面鏡系統射出來時卻是向右側的。

制作過程中我發現，放入演示儀的物體需要照明，即在雙凹面鏡中加入光源，否則不清楚，甚至不能在外面看到物體。光源發出的光線又不能直接通過頂部缺口小孔直接射出，因此要特別注意光源位置的選擇。

我在下方凹面的中間開一個小洞，裝上一枚強光LED燈，將要展示的物體放置在LED燈的上方，這樣物體反射出來的光線經過上方的凹面鏡第一次反射時，都是向下傳播的;再次經過下方的凹面鏡的反射，最后反射光線都匯聚到上方凹面鏡的缺口處形成虛像——海市蜃樓影像。

多次實驗后，我發現兩面凹面鏡應該是拋物線曲率的，而且通過改變上方凹面鏡的曲率和口徑大小，可以適當提高虛像的位置。

我發明的這個教具還可作為兒童玩具和家裝飾品推廣使用。