童心未泯！在六一我们来学学万花筒的成像原理
童心未泯！在六一我们来学学万花筒的成像原理
万花筒是一种神奇的光学玩具，通过简单的镜面反射就能创造出千变万化的图案。在六一儿童节这个充满童趣的日子里，让我们一起探索万花筒背后的光学原理，感受科学的魅力。
万花筒成像原理的关键点在于光的反射，光的反射是光学的基本规律之一，指光传播在不同物质时，传播方向在分界面发生改变并又返回原来物质中的现象。
光的反射规律可概括为十六个字：三线共面，两线分居，两角相等，光线可逆。
除此之外，万花筒的成像离不开筒内的镜面数目和镜体结构。因此，万花筒成像的这种物理现象是根据光的镜面反射呈现的。
镜面种类
（一）表面镜
表面镜是一种光学镀膜产品，不同于传统的玻璃银镜，它的反射层在玻璃表面，从而能减少玻璃折射对成像的影响，因而具有高清晰度的映像和高反射率的光学特点，常用于扫描仪、光学仪器等产品。
（二）金属镜
金属镜制作原料多为铝材或不锈钢材，因而有不宜碎裂、耐腐蚀耐高温的特性，但反射迟缓，经过表面抛光处理使得镜面更加清晰。
（三）塑料镜
塑料镜(PC 软镜子）质地轻薄、镜面反光效果强、反光率高精点少、成像清晰、可以随意弯曲、随意剪切、不易碎裂。材料多为聚乙烯(PE)、丙烯或者聚碳酸酯（PC），可以得到和表面镜类似的映象，常用于墙面装饰、万花筒玩具、哈哈镜、LED 增光装饰等。
镜体结构
要想总结万花筒的成像规律，首要要了解物体在不同互成角度的平面镜间的反射规律。万花筒的成像，不仅与平面镜的夹角度数有关，还与物体在平面镜中的位置有关。镜体结构分以下五种：
（一）三镜结构
三镜结构由三片镜面构成三角形。角度的不同可分为正三角形（60度）、等
腰直角三角形（45度）、直角三角形（90度）、等腰三角形（30度），分别对这四种角度平面镜反射成像加以分析和总结，不同角度的三角形经过万花筒构图规律后都有不同的组成方式，呈现出的图形和视觉效果也各不相同。
1、正三角形(60度)
万花筒由三个等宽的平面镜组成，也就是正三角形，通过观察，我们可从中发现，若物体处在角平分线的交点中,在平面镜的反射下，则每个角生成5个像,那么三个角就是15个像,但由于每个角都有一个重复像,最终我们看到的是12个像，60度的角成的像为正六边形（如图）。
因此，以此类推，在有限的空间就经过这样的“复制”又“复制”进而充满了整个视野。
2、等腰直角三角形（45度）
等腰直角三角形的内角为直角,另两边为45度角,那么45度角成的像构成正8边形图案,90度角成的像构成正四边形图案（如图）。
3、直角三角形（90度）
直角三角形的一个内角为直角，另外两个角分别为30度和60度，仍将物体放在角平分线的交点上，那么经过平面镜反射后，90度角成的像为正四边形，60度角成的像为正六边形，30度角成的像为正十二边形。
4、等腰三角形（30度）
同理直角三角形（90度）中30度角成的像，等腰三角形（30度）形成的像也为正十二边形（如图）。
综上所述，30度角成的像为正十二边形，60度角成的像为正六边形，45度角成的像为正八边形，90度角成的像为正四边形。结构图（如图）如下：
（二）二镜结构
二镜结构由两片镜面组成。两个镜面组成三角形的两边，剩余一面由于没有镜面无法反射，因此映象在两面镜片的反射下成圆形。当两个镜面之间分开角度为30度，则画面被分割成12块图像。如果形成被分割成16块图像，则两个镜面分开角度为22.5度。镜子之间的度数为60度，则形成被分割成6块图像。根据上述规律依此类推，由于两镜面夹角的不同，二镜结构的万花筒，更易呈现千变万化的视觉效果。
（三）四镜结构
四镜结构则是四片镜面形成四边形，根据四边形边的长短以及夹角的不同还可以分为正方形、矩形、菱形、梯形（直角、等腰）等图形。正方形则呈现图案相同的映像，菱形则会产生两个焦点，呈现的图形像盛开的花朵一样。
（四）锥形镜结构
锥型镜结构是将三片或者四片的梯形镜面组和起来，一头宽一头窄，从宽的开口望去，会看到映象成立球状，富有立体感。
（五）循环镜结构
循环镜结构将可以反射光的软镜片贴于万花筒壁内，通过暗道向另一边望去，可以看到像时光隧道一样的旋涡状映象。不同于前几种镜体结构，循环结构可以呈现不规则的反射映像。