重視物理實(shí)驗(yàn)中“異常”現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和追蹤

物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)與預(yù)期不一致的“異常”現(xiàn)象，這是極好的動(dòng)態(tài)生成的教學(xué)資源，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生提出并清晰表達(dá)自己的觀點(diǎn)，談?wù)劇爱惓！爆F(xiàn)象的成因。讓學(xué)生在真實(shí)的問(wèn)題情境中進(jìn)行探究，這樣不僅能培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，促進(jìn)其對(duì)物理知識(shí)的掌握，而且能有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，甚至提出新的、富有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)思路。如在上凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)課時(shí)，有一個(gè)學(xué)生問(wèn)：“老師，我的凸透鏡怎么會(huì)同時(shí)成一正（立）一倒（立）的兩個(gè)像？”當(dāng)時(shí)教師也感到十分意外，走過(guò)去一看才明白——原來(lái)這位學(xué)生是在蠟燭的同側(cè)觀察凸透鏡鏡面時(shí)，看到了兩個(gè)像（因?yàn)樵谧鲈搶?shí)驗(yàn)時(shí)，往往要求學(xué)生透過(guò)凸透鏡觀察成像情況，即在蠟燭的異側(cè)進(jìn)行觀察，而他是由于實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，正準(zhǔn)備整理器材時(shí)，無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了該現(xiàn)象）。受他的啟發(fā)和影響，許多同學(xué)也進(jìn)行了同樣的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)：在蠟燭同側(cè)的鏡面上不只是成一正一倒的兩個(gè)像，而

是成一正兩倒的三個(gè)像（如圖1）。這種“異常”現(xiàn)象，讓學(xué)生覺(jué)得十分驚奇，

圖1同時(shí)也感到十分困惑，紛紛要求教師解釋。此時(shí)，教師沒(méi)必要直接告訴學(xué)生成像的原因，而應(yīng)讓他們思考：在凸透鏡成像實(shí)驗(yàn)中，像是在蠟燭的異側(cè)觀察得到的，那么該像是光的反射成像，還是折射成像？現(xiàn)在的三個(gè)像是在蠟燭的同側(cè)觀察到的，這些像又是怎樣形成的？（學(xué)生略一思考都能回答）再進(jìn)一步追問(wèn)：成這三個(gè)像所需的反射面在哪里？（學(xué)生亦能找出是凸透鏡的前后兩個(gè)球面）這時(shí)又有學(xué)生問(wèn)：兩個(gè)反射面只能成兩個(gè)像，為何能看到三個(gè)像呢？這時(shí)下課鈴聲響了，于是，向?qū)W生布置了課外作業(yè)：大家若想弄清其中成像的奧秘，請(qǐng)課后上網(wǎng)查閱有關(guān)凸面鏡和凹面鏡的成像知識(shí)！

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)“異常”現(xiàn)象，想要解釋個(gè)中原因，首先要了解凹面鏡和凸面鏡（統(tǒng)稱(chēng)為球面鏡）的成像原理。我們知道，在球面鏡中有四條特殊光線，即（1）平行于主軸的光線經(jīng)球面鏡反射后會(huì)聚于凹面鏡的焦點(diǎn)（或反向延長(zhǎng)后交于凸面鏡的虛焦點(diǎn)）；（2）“過(guò)焦點(diǎn)”的光線經(jīng)球面鏡反射后平行于主軸；（3）過(guò)球面中心的光線經(jīng)球面鏡反射后沿原路返回；（4）從頂點(diǎn)入射的光線與其反射光線關(guān)于主軸對(duì)稱(chēng)。因此，可以利用這四條光線中的任意兩條來(lái)作圖，得到球面鏡的成像情況。（在以下各圖中，C為球面鏡的球心，F(xiàn)為球面鏡的焦點(diǎn)，r為球面半徑，f為焦距，u為物距。）

凸面鏡成像（如圖2）：物體所成的像始終在鏡后焦點(diǎn)內(nèi)，為正立縮小的虛像；物體越接近鏡面，像也會(huì)越接近鏡面，且越大。

凹面鏡成像：由于它的成像情況要比凸面鏡復(fù)雜得多，這里按物體到凹面鏡的距離由近及遠(yuǎn)分為五種情況進(jìn)行畫(huà)圖分析。

第一種情況（如圖3）：當(dāng)物體位于焦點(diǎn)和鏡面之間（即u

第二種情況（如圖4）：當(dāng)物體位于凹面鏡的焦點(diǎn)處（即u=f）時(shí)，物體成像于無(wú)窮遠(yuǎn)處。

第三種情況（如圖5）：當(dāng)物體位于凹面鏡的焦點(diǎn)和球心之間（即f

第四種情況（如圖6）：當(dāng)物體位于凹面鏡的球心處（即u=r）時(shí)，則在球心處成倒立等大的實(shí)像。

第五種情況（如圖7）：當(dāng)物體位于凹面鏡的球心之外（即u>r）時(shí)，則在球心與焦點(diǎn)之間成倒立縮小的實(shí)像。

在上述球面鏡成像規(guī)律中，不難發(fā)現(xiàn)：凸面鏡的成像規(guī)律與凹透鏡類(lèi)似，凹面鏡的成像規(guī)律則與凸透鏡類(lèi)似，它們之間的主要區(qū)別是：球面鏡是反射成像，而透鏡則是折射成像。

現(xiàn)在我們?cè)賮?lái)分析兩個(gè)反射面為何會(huì)成三個(gè)像？當(dāng)燭焰放在凸透鏡前，人在燭焰的同側(cè)對(duì)著凸透鏡鏡面觀察時(shí)，則人在鏡面上所看到的像是由光的反射所形成的。其中，凸透鏡的前球面（相當(dāng)于一個(gè)凸面鏡）成一個(gè)正立縮小虛像①

（如圖8）；凸透鏡的后球面（相當(dāng)于一個(gè)凹面鏡）成一個(gè)倒立實(shí)像②，而實(shí)像②（相當(dāng)于物體）又經(jīng)凸透鏡的前球面再次成像（由于物體是倒立的，所以凸面鏡所成的虛像也是倒立的），這就是我們所看到的像③（較像②要小一些），但像③是一個(gè)倒立虛像。當(dāng)然，由球面鏡成像原理可知：上述這種“一正兩倒”的成像情形，燭焰須位于凸透鏡后球面的焦點(diǎn)以外，如果燭焰位于凸透鏡后球面的焦點(diǎn)以?xún)?nèi)，則會(huì)觀察到兩個(gè)正立的像，其中一個(gè)是放大的虛像（由后球面形成），另一個(gè)是縮小的虛像（由前球面形成）。

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要關(guān)注預(yù)設(shè)性和生成性教學(xué)目標(biāo)的有效融合，充分發(fā)揮“異常”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的教學(xué)功能，以提高實(shí)驗(yàn)探究的開(kāi)放性和有效性。同時(shí)，這樣的教學(xué)處理不僅體現(xiàn)了新課程理念，更能有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，也便于增進(jìn)他們對(duì)物理概念和規(guī)律的理解。

（責(zé)任編輯 易志毅）