“探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)的另一種設(shè)計(jì)

朱傳華

(蘇州高新區(qū)第三中學(xué)校，江蘇 蘇州 215163)

“探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》附錄1中列出的20個學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一,目前教材中比較通行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是用單面鍍膜的玻璃代替平面鏡,利用鍍膜玻璃既能成像又能透過玻璃看見后面物體的特點(diǎn),用等效替代法來確定像的位置,探究平面鏡成像時像與物的關(guān)系．

圖1 像距誤差分析

但筆者在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄分析數(shù)據(jù)時始終無法得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論.以筆者使用的3 mm厚的鍍膜玻璃為例,在實(shí)驗(yàn)中將鍍膜面朝實(shí)驗(yàn)者自己(這樣能減小操作誤差[1]),像距始終比物距大1-1.5 mm左右．分析誤差產(chǎn)生的原因,主要是因?yàn)榇_定物體A所成像的位置A′的方法為等效替代法,讓鍍膜玻璃后面與A形狀大小相同的B看起來與A′重合,即將B的位置當(dāng)成A′的位置,但實(shí)驗(yàn)者在A一側(cè)看到的B并不是物體B本身,而是B經(jīng)過玻璃折射后所成的像B′,實(shí)驗(yàn)者以為B與A′重合,其實(shí)是B′與A′重合,如圖1,測量的像距BO比實(shí)際像距A′O要大.[1]這樣的系統(tǒng)誤差無法避免,自然不能得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論．根據(jù)教材知識的安排順序,光的折射在平面鏡成像之后,所以在實(shí)驗(yàn)中無法與學(xué)生分析這一系統(tǒng)誤差,只能讓學(xué)生在誤差允許的范圍內(nèi)得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論．

為消除這一系統(tǒng)誤差,筆者借鑒原方案中用等效替代法來確定像的位置的設(shè)計(jì)思路重新設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)方案,所不同的是改為在鏡面板上開孔,透過鏡面板上的孔槽直接看鏡面后的B,使B看起來與物體A經(jīng)平面鏡所成的像A′重合,這樣解決了B經(jīng)玻璃折射后成像,看起來的位置B′與實(shí)際位置不重合的問題．具體方案如下.

1 實(shí)驗(yàn)器材

(1) 將成像的平面鏡由教材中的鍍膜玻璃換成定制的中間開槽的亞克力鏡面板,具體尺寸如圖2,陰影部分為開槽部分;

圖2 鏡面板設(shè)計(jì)圖

(2) 其余器材借用實(shí)驗(yàn)室原實(shí)驗(yàn)器材“J2530平面鏡成像實(shí)驗(yàn)器”．

2 實(shí)驗(yàn)過程

(1) 將一張白紙平放在水平桌面上,借助實(shí)驗(yàn)室原實(shí)驗(yàn)器材“J2530平面鏡成像實(shí)驗(yàn)器”中兩個帶卡槽的棋子將中間開槽的亞克力鏡面板豎直放在白紙上,并注意將電鍍層反射面朝實(shí)驗(yàn)者一側(cè).

(2) 在鏡面板前方放一個棋子A,通過開槽的鏡面板,看到棋子部分成像在鏡面板后,如圖3.

圖3

圖4

(3) 在鏡面板后放一個與A相同的棋子B,移動棋子B,使透過開槽部分看到的棋子B與A在鏡面中所成的像重合,此時棋子B的位置就是棋子A所成像的位置,如圖4.

(4) 在白紙上用鉛筆畫出鏡面板反射面的位置和棋子A和B的位置,用刻度尺分別測出A、B到鏡面的距離,其他操作與原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相同．

3 實(shí)驗(yàn)方案評價

(1) 通過鏡面板上開槽看鏡面后面的棋子B,消除了原實(shí)驗(yàn)方案中透過玻璃看棋子B時因?yàn)楣獾恼凵洮F(xiàn)象使測出的像距偏大這一系統(tǒng)誤差．

(2) 亞克力鏡面板有雙面鏡和背膠鏡等幾種,背膠鏡只有一面能夠成像,且電鍍層在背面,因而會如原來用鍍膜玻璃實(shí)驗(yàn)時沒有將鍍膜一面朝實(shí)驗(yàn)者一樣產(chǎn)生誤差．所以經(jīng)比較后筆者選擇雙面鏡,雙面鏡是一面電鍍兩面都是鏡面,因而其電鍍層就在鏡面板表面,實(shí)驗(yàn)時將電鍍層一側(cè)朝實(shí)驗(yàn)者,能減小玻璃厚度帶來的操作誤差．

(3) 實(shí)驗(yàn)中定制的開槽亞克力鏡面板如厚度較薄,在加工過程中可能有些變形,對成像效果產(chǎn)生影響,故筆者在多次實(shí)驗(yàn)嘗試比較后確定3 mm以上厚度可以較好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求．

(4) 通過鏡面板的孔槽看后面的棋子B與棋子A在鏡面中所成的像重合在操作上有一定難度,可能會帶來一定的操作誤差．