虚像总是正立的吗

高雄武 李美娇

摘   要：“平面镜成虚像，而虚像一定是正立的”这种普遍存在于广大物理教师和教学资料、教学视频中的观点是经不起推敲的。平面镜成像特征就是像与物体关于镜面立体对称，并无正立一说；要确定像的正、倒，必须先确定物体的方向，再根据像的方向与物体的方向是否保持一致来确定像是否正立。

关键词：平面镜成像；正立；立体对称

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2023）4-0055-2

2022年某市九年级联考试卷中有这样一道题：

阳春三月，某人才公园绿树红花，蓝天白云，美得像一幅现代画，傍晚的人才公园尤其美丽，如图1是小明拍下的人才公园，下列说法正确的是（    ）

A．风铃木在地上的影子是由于光的反射形成的

B．“春笋”大楼在夕阳下镀了一层金光，此时大楼是光源

C．水中看到“春笋”的倒影是由于光的反射形成的倒立的虚像

D．有时雨后可以看到彩虹是因为光发生了折射

对于上面的题，大部分老师都认为C选项是错误的，理由是：平面镜成的是虚像，虚像总是正立的。尽管有少数老师提出质疑，但质疑声很快就被多数认为虚像总是正立的声音盖下去了。

1    问题的提出

“虚像总是正立的”这个结论来自哪里？是什么魔力使常人眼中的事实（照片中的大楼的像明明是倒立的）被大量老师无视呢？

再到网上查询，惊奇地发现，在各种教学视频、知名公司制作的动画教程、各种网页甚至一些论文中，频频出现平面镜成正立的像的结论。原来，大家都把“平面镜所成的像是正立的”作为结论在记，甚至还编成了顺口溜让学生背。

那么，平面镜所成的像是不是真的正立的呢？水中的倒影如何解释？

2    问题的讨论

2.1    對正立观点的分析

从文献中搜索整理发现，认为平面镜成正立的像，对水中倒影进行解释的，主要有两种观点。

一种观点认为，看到的水中物体的像和物体方向相反，看起来是倒立的，原因是观察者选取的参照系不对。“正确”的做法应该是选取平面镜作为参照系，以平面镜为“基准”或“参照系”去观察像和物［1］。他们的意思应该是指：人站（按他们的说法其实应该是躺）在水面的位置去观察，看房子，地基在脚下，房顶指向天空远离自己；再转过身来看水中的像，同样是地基在脚下房顶指向天空，所以是“正立”的。那么，为了得到正立的结论，强迫观察者一定要到指定的位置按指定的方法去观察，其他角度观察的结果就不对吗？再仔细想想，就算按他们的要求去观察，看到这个结果，算是正立吗？这其实就是对称，并非正立。

另一种观点认为，是我们观察的角度不对。那怎样才是正确的角度呢？有的说，不能站着看，要弯腰低头去看，这时“从上方观察， 发现相对于镜面，像与物依然是相对正立的。”［2］还有的甚至认为：“应该先把水平面等效成一块平面镜，将它竖立起来， 再来观察镜前物体和镜中物体的虚像相对于原来水平面的位置关系。”［3］这样，我们就能看到正立的像了。显然，他们所指的正立，不是建筑物屋顶真的正立了，而是把建筑物“放倒”后，底座“正立”了。也就是说，他们要让学生无视像与建筑物屋顶方向相反的事实，转而去观察建筑底座的方向，是不是合理呢？

以上两种支持正立的观点，其“正立”的表现形式和内涵却完全不同。

2.2    正立的观点无依据

其实，教材并没有对平面镜所成的像给出是否正立的结论，更没有虚像一定是正立的描述。2012年版人教版物理八年级上册课本上的表述清楚明了，平面镜所成的像与物体之间有三个关系：大小相等、到平面镜的距离相等、连线与镜面垂直，根本没有“正立”的描述。课本还提到，根据数学知识可得到“平面镜所成的像与物体关于镜面对称”的结论。

课本对平面镜成像特点的归纳是非常科学、完整的。进一步分析可以发现，由于像和物体都是立体的，所以这个对称是有深度的。平面镜所成的像与物体关于平面镜立体对称，这就是问题的实质。平面镜所成的像的所有形态特征，都能从这个立体对称中找到答案，所以不应该在成像规律后面再加上一条“正立”的规律，弄巧成拙。

2.3    平面镜能成正立的像

可像到底是正立还是倒立，是很多人的疑虑，也经常出现在各种考题中。那么，在像和物体关于平面镜立体对称的基础上，能不能说平面镜所成的像正立或者倒立呢？

要判断像是否正立，首先就要给正立下个定义。汉语词典里对正立一词的解释是：“端正地站立”，这个解释显然是对单个个体而言的。现在我们要评判像与物体的正立，涉及两个物体，那就一定要对两个物体进行比较。笔者认为，采用“像的方向与物体的方向是否保持一致”这一评判标准来判断像的正立或倒立更为合理、科学。所以要判断像的正立或倒立，一个最重要的前提就是人们要对物体的方向有一致的看法。一旦物体有了明确的方向，根据平面镜成像的特点，或者通过作光路图，就可以发现平面镜成的像可正可倒，但要视具体条件而定［4］。

那么，物体有方向吗？笔者认为，可以有。

下面归纳几种可以判断正立、倒立的情况。

2.3.1    人们公认以竖直方向作为物体方向的情况

由“端正地站立”这个个体正立的概念引申而来，绝大多数情况下，人们会给客观物体赋予一个竖直向上的方向。此方向一确定，就很容易得出结论：竖直放置的平面镜成正立的像，水平放置的平面镜成倒立的像（本文开头题目就属于这种情况），倾斜放置的平面镜成倾斜的像。

2.3.2    物体的方向性很明确，通常被视为一条线的情况

如一支笔、一把宝剑、一座宝塔等，这些物体在人们心目中通常是有方向的，这时，如果平面镜与物体方向平行放置就成正立的像，垂直放置就成倒立的像。

2.3.3    真正意义上的正立

真正正立的像，应该是不管在物体上选什么方向，这个方向的像都能与其保持一致。要达成这个效果，就必须满足两个条件：一是物体是平面的，不是立体的；二是物体与镜面平行放置。比如，把一张没有厚度的平整图片与镜面平行放置，这时不管在图片上取什么方向，像的相应方向都会与它保持一致，这就是正立的像。

3    结   论

总之，平面镜所成的像与物体关于镜面立体对称。平面镜所成的像可以是正立的，也可以是倒立的，还可以是倾斜的。所以，虚像不都是正立的。

学习物理应该是要让人明理，把纷繁复杂的客观世界用简单明了的规律统领起来。物理课绝不能以为难学生、把简单问题复杂化为目标。否则，学生会逐渐失去学习物理的信心和兴趣。

参考文献：

［1］席桑田.虚像是正立的还是倒立的［J］.物理教师，2004，25（1）：45.

［2］陈翠玉.“平面镜成像”一课的教学难点及突破方法［J］.中学物理，2017，35（4）：17-18.

［3］卢振林.“水中的倒影”真的是倒立的像吗？［J］.物理教学探讨，2008，26（9）：41，43.

［4］徐仁三.浅谈像的正倒［J］.物理教师，1997，18（9）：31.

（栏目编辑    蒋小平）