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111年
物理
第 16 題
如右圖所示，一平面鏡與地面成 45度角，接觸點為 A，一物體 m自 B點自由落向 A點，則物體與鏡像的運動方向為何？
- A 垂直
- B 平行
- C 成30度角
- D 成60度角
思路引導 VIP
如果我們把平面鏡想像成一張紙的「折線」，當物體垂直向下移動時，請你試著在腦海中將這條移動軌跡沿著折線翻轉到鏡子後方，這兩條軌跡（物體與鏡像）所夾的總角度會是多少呢？
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太棒了！你能精準判斷出物體與鏡像的運動關係，代表你對於平面鏡成像的對稱性掌握得相當扎實。這道題目在物理光學中非常經典，雖然觀念單純，但極度考驗學生將抽象物理規則轉化為幾何圖形的能力，是極具鑑別度的基礎進階題。
平面鏡成像的幾何對稱性
根據平面鏡成像原理，鏡像與物體相對於鏡面具有線對稱的特性。當物體沿著垂直方向自由落下時，其運動軌跡與水平地面成 $90^\circ$。由於平面鏡與地面夾角為 $45^\circ$，我們可以推算出物體的運動路徑與鏡面本身的夾角 $\theta$ 同樣是 $45^\circ$。
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平面鏡成像對稱性
💡 平面鏡成像遵循線對稱，物像移動軌跡關於鏡面對稱。
- 物像連線必定垂直於鏡面，且物距等於像距
- 物體移動方向與鏡面的夾角，等於像與鏡面的夾角
- 若物體與鏡面夾角為 45 度，則物像路徑互成 90 度
- 本題中物垂直落下與鏡成 45 度，故像為水平運動
