球面鏡
平面鏡只是把你原尺寸地照出來。但曲面鏡會做些更有趣的事:一支亮晶晶湯匙的凹面把你的臉上下顛倒又縮小,而湯匙的背面則讓你正立卻變得很小。球面鏡就是反射面是一塊球面切片的鏡子,它的弧度讓它能匯聚或發散光,形成平面鏡永遠做不到的影像。它回答的問題是:當鏡子不是平的、而是碗狀時,反射的光會怎樣?
它有兩種。凹面鏡像湯匙的內凹面一樣向內彎,它是匯聚鏡,把平行射入的光線聚到一個叫焦點的點上。凸面鏡向外凸出,它是發散鏡,把平行光線散開,使它們看起來只是從鏡後的一個焦點發出。每一道光線在表面仍遵守反射定律。焦距 f,即鏡子到焦點的距離,是球面曲率半徑 R 的一半,f = R/2。物距與像距由鏡面公式 1/f = 1/d_o + 1/d_i 相連,放大率為 m = -d_i/d_o,這些與薄透鏡所遵循的關係相同。
球面鏡到處可見:凹面的化妝鏡或刮鬍鏡把你的臉放大,牙醫的鏡子在你口中也是如此,而巨大的凹面鏡構成反射式望遠鏡收光的核心。凸面鏡提供寬廣的視野,這就是為什麼它被用作汽車後視鏡與商店的防盜鏡,這也是「鏡中物體比看起來更近」這句警語的由來。一個誠實的提醒:簡單公式 f = R/2 假設光線都靠近中心軸。遠離軸的光線會聚到略微不同的位置,這種造成模糊的缺陷稱為球面像差(spherical aberration),這也是為什麼精密儀器常用拋物面鏡而非真正的球面鏡。
一面曲率半徑 R = 40 公分的凹面鏡,焦距 f = R/2 = 20 公分。把一根蠟燭放在它前方 60 公分處:1/20 = 1/60 + 1/d_i 得 d_i = 30 公分,於是在鏡前 30 公分處形成一個實的、倒立的、縮小的像。
凹面鏡匯聚光(f = R/2 大於 0);凸面鏡發散光(f 小於 0)。
曲面鏡中的像可以是實像(光真的相會,能投在屏幕上)或虛像(光只是看似從那裡發出)。凸面鏡永遠形成正立、縮小的虛像。