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title: "悬浮实像装置互动实验｜Sandbox Physics"
description: "两面相对的抛物面镜，把看得见摸不着的实像成在哪里？像在上镜中央的开口处。"
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last_modified: "2026-10-27"
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光学 006 · 光线世界、界面与自然光学

# 悬浮实像装置

**两面相对的抛物面镜，把看得见摸不着的实像成在哪里？** 像在上镜中央的开口处。两面一样的抛物面镜相对扣在一起，每面镜子的焦点正好落在另一面的中心。物体放在底部中心，上镜把它发出的光反射成平行光，下镜再把平行光聚到开口处，在空中形成一个实像。

近距离剖开一台悬浮实像装置，标出两张抛物面镜、中央开口、隐藏的点物体和发光的实像点；每张镜面的焦点都落在另一张的顶点上。分色光段让两次反射、中间的平行光、孔径裁切和空中交汇一眼就能看清。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型用理想的几何抛物面和点物体。真实装置里，衍射、物体的有限大小、面形误差和外壳遮挡都会限制像能有多清晰。

物理教程

## 检验悬浮实像装置的物理过程

**背景** 悬浮实像装置由两面相同的抛物面镜相对放置而成，每面镜子的焦点都落在另一面镜子的顶点上。每面镜子满足 $z=\frac{r^2}{4f}$。隐藏物体发出的光经上镜面反射变成平行光，下镜面再把这束平行光汇聚到开口处，形成实像。

**为什么值得理解** 两面相对的抛物面镜，把看得见摸不着的实像成在哪里？

先抓重点

- **核心问题**: 两面相对的抛物面镜，把看得见摸不着的实像成在哪里？
- **一句话直觉**: 在这种理想几何中，所有被接收光线的光程都相同：$\Delta\mathrm{OPL}=0$。裁小孔径会改变收集的立体角和亮度，但不会改变实像的位置。

### 核心数学模型

#### 抛物面轮廓

$$
z=\frac{r^2}{4f}
$$

画出的镜面和计算反射用的法线，来自同一个焦距。

#### 等光程

$$
\mathrm{OPL}=\sum_j n_j\ell_j,\qquad \Delta\mathrm{OPL}=0
$$

在充满空气的理想几何里，每条被接收的光线从物体到实像走过的总路程都相等。

#### 收集立体角比例

$$
\eta_{\Omega}=\frac{\Omega_{\mathrm{accepted}}}{2\pi}
$$

这是孔径收集的方向占发射半球的比例。超出这个范围的发射方向到不了实像。

### 常见难点

#### 把悬浮实像当成全息图

**容易误解** 这个像是屏幕效果，或者只在某一个视点才存在的虚像。

**正确理解** 光线确实在开口上方的空气中会聚，形成实像。换个角度看，只是换了一批光线进入眼睛，会聚点并不动。

### 动手实验

1. 01

   #### 场景 1：开放式装置

   沿一条分色光路，从隐藏物体追到上镜面，再沿中段平行光向下，最后从下镜面追到空中的实像点。

   **你会看到：** 每条被接收的光线都先后在上镜面、下镜面各反射一次，然后穿过同一个实像点。

2. 02

   #### 场景 2：开口裁切

   减小外侧镜面的有效口径，注意它和单独标注的中央开口不是一回事。

   **你会看到：** 裁切去掉了大角度光线，收集立体角变小；实像高度仍由焦距决定。

3. 03

   #### 场景 3：绕视视差

   在绕视场景里环绕移动相机，光学几何保持不变。

   **你会看到：** 相机环绕时，实像在空间中不动，变的只是能看到的那部分光线和视差。

物理结论

悬浮实像来自两次精确的抛物面反射：真实的光在空气中会聚，而且只在有限立体角内被收集。

波与光学 · 入门路径

## 从一条光线到干涉测量

从折射出发，找到光线模型失效的地方，再用干涉测量极小的距离。

[从这里开始 → **光学界面探索器** 转动入射角，观察反射与透射功率此消彼长；再切换到“临界角与全反射”场景。 观察 · 11 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)

1. [1 光学界面探索器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/optical-boundary-explorer/)
2. [2 彩虹焦散观测站](https://sandboxphysics.com/zh/labs/rainbow-laboratory/)
3. [3 针孔相机](https://sandboxphysics.com/zh/labs/camera-obscura/)
4. [4 相干波合成器](https://sandboxphysics.com/zh/labs/coherent-wave-composer/)
5. [5 Young 双缝实验台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/young-double-slit-bench/)
6. [6 Michelson 精密测量台](https://sandboxphysics.com/zh/labs/michelson-precision-lab/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/waves-and-optics/#starter-path)