平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

張宏生 潘建偉

（西藏自治區(qū)人民政府駐格爾木辦事處中學(xué) 青海格爾木 816099）

探究平面鏡成像特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)是初中學(xué)生接觸到物理學(xué)科之后的一次重要的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、學(xué)習(xí)態(tài)度有重要的引領(lǐng)作用，需要老師細(xì)心的指導(dǎo)、點(diǎn)撥，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的基本流程，掌握基本的實(shí)驗(yàn)方法。[1]

一、人眼看到平面鏡成像的原因

我們說(shuō)人眼要看到某個(gè)物體，必須滿足這個(gè)物體發(fā)出的光（或反射的光）進(jìn)入人眼這個(gè)條件才行。如圖A所示，蠟燭發(fā)出的光線射入人眼，人就看到了蠟燭。那么人是如何看到蠟燭通過(guò)平面鏡所成的虛像的呢？如圖B所示，以從蠟燭上A點(diǎn)發(fā)出的兩條光線為例，他們經(jīng)平面鏡反射后變成發(fā)散光線射入人眼，人眼根據(jù)“光沿直線傳播”的經(jīng)驗(yàn)，感覺(jué)光線是從這兩條反射光線的反向延長(zhǎng)線的會(huì)聚點(diǎn)A’點(diǎn)射過(guò)來(lái)進(jìn)入人眼的。綜上所述，蠟燭通過(guò)平面鏡所成的像上并沒(méi)有光發(fā)出，我們所看到的像是由射入人眼的反射光線的反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn)引起的視覺(jué)感受，并非實(shí)際光線會(huì)聚而成，所以平面鏡成像是由于光的反射，所成像為虛像。

圖A

圖B

二、目前高中物理平面鏡成像教學(xué)中的問(wèn)題

綜合對(duì)比各版本教材的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)：教材均選取蠟燭作為成像物體，用玻璃板替代平面鏡。現(xiàn)以初中物理人教版教材（2012版）八年級(jí)上冊(cè)第四章第三節(jié)“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)為例，教材敘述如下：如圖1所示在桌面上鋪一張大紙，紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡。沿著玻璃板在紙上畫一條直線，代表平面鏡的位置。把一支點(diǎn)燃的蠟燭放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。再拿一支外形相同但沒(méi)有點(diǎn)燃的蠟燭，豎立著在玻璃板后面移動(dòng)，直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合。這個(gè)位置就是前面那支蠟燭的像的位置。

雖然操作簡(jiǎn)單，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因操作上的缺陷與誤差及實(shí)驗(yàn)器材本身的局限性，實(shí)驗(yàn)效果并不理想。許多學(xué)生在定位平面鏡所形成的圖像的位置時(shí)遇到了問(wèn)題：在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生用筆記下像和物在白紙上的位置通常是幾組圓圈或者幾組物體的輪廓，不容易確定物體和像在白紙上的具體位置，不方便比較像距與物距的大小關(guān)系。

三、平面鏡成像試驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

在平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中，如何確定像的位置，是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。要確定像的位置，需要既能看到平面鏡中的像，又要能看到平面鏡后的實(shí)物，故應(yīng)選用平板玻璃作為實(shí)驗(yàn)器材。但是如果由老師進(jìn)行單純地講授，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)門檻還是太高，不符合學(xué)生的認(rèn)知水平。在一次公開(kāi)課活動(dòng)中，有兩位老師分別采用了不同的引入方法，成功地化解了這個(gè)難題。[2]

改進(jìn)一：以魔術(shù)視頻“澆不滅的蠟燭”引入，設(shè)疑：怎樣破解魔術(shù)呢？提供的器材是：玻璃杯、平面鏡、透明玻璃板、茶色玻璃板、蠟燭、火柴。[3]

學(xué)生們討論后，上臺(tái)演示。一開(kāi)始，學(xué)生將水杯放在了平面鏡之前，發(fā)現(xiàn)無(wú)法演示魔術(shù)，后來(lái)經(jīng)小組討論后，將平面鏡換成了茶色玻璃，水杯仍然在茶色玻璃前，還是不能演示。

同學(xué)們也加入了熱烈的討論之中，經(jīng)過(guò)臺(tái)上小組討論，臺(tái)下同學(xué)的提示，嘗試將燒杯放在茶色玻璃板之后，成功地演示了魔術(shù)。

此時(shí)追問(wèn)：為什么不用平面鏡？

答：用平面鏡無(wú)法找到像的位置。

問(wèn)：為什么不用透明玻璃板？

答：用透明玻璃板成的像看不太清楚，所以選擇了茶色玻璃。

問(wèn)：杯子的位置要放在哪里，魔術(shù)才能成功？

答：應(yīng)放置在玻璃板后面，蠟燭像的位置上。

總結(jié)：這種探究實(shí)驗(yàn)的方法被稱為等效替代法。通過(guò)巧妙的實(shí)驗(yàn)構(gòu)思，可以引導(dǎo)學(xué)生大膽嘗試，破解魔術(shù)的奧秘，激起了學(xué)生探究新知的欲望，無(wú)形中讓學(xué)生了解等效替代的實(shí)驗(yàn)方法，為后續(xù)成功地進(jìn)行平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)探究打下了基礎(chǔ)。

改進(jìn)二：展示出兩個(gè)大小相同的三角形。

問(wèn)：怎樣方便地比較三角形的大小是否一致？

答：可以將兩個(gè)三角形合在一起，看看是否完全重合。

問(wèn)：我們?cè)谔骄科矫骁R中的成像情況時(shí)也可采用這種方法，需要幾個(gè)小紅旗？

答：兩個(gè)。

問(wèn)：分別起什么作用？

答：把其中一個(gè)小紅旗放在鏡前，可以在鏡中觀察到小紅旗的像，把另一個(gè)等大的小紅旗放在鏡后小紅旗像的位置，如果兩者重合，就可以說(shuō)明虛像和實(shí)物是等大的。

這里設(shè)計(jì)實(shí)物“比大小”的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，可以使學(xué)生一下子明白了實(shí)驗(yàn)器材中提供兩個(gè)小紅旗的目的，同時(shí)暗示用等效替代法解決問(wèn)題。

改進(jìn)三：提問(wèn)：怎樣找到像的位置呢？

在實(shí)驗(yàn)桌上，平面鏡前已經(jīng)放置了一個(gè)啤酒罐，學(xué)生能夠清楚地看到它在平面鏡中所成的像，這時(shí)教師讓學(xué)生在平面鏡前用另外一個(gè)相同的啤酒罐來(lái)找到像的位置，比較像和物的大小，學(xué)生經(jīng)過(guò)嘗試后發(fā)現(xiàn)：如果拿掉物體，像也消失了，用另外一個(gè)啤酒罐在平面鏡前后都無(wú)法找到像的位置。這里引發(fā)了學(xué)生的思考、小組內(nèi)學(xué)生激烈討論。

此時(shí)提問(wèn)：怎樣才能找到像的位置呢？請(qǐng)各小組同學(xué)思考討論。

答：小組經(jīng)過(guò)討論后，得出結(jié)論。要找到像的位置，需要用玻璃板做實(shí)驗(yàn)。

換上玻璃板，學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)成功。

在這里采用了不同的方法引發(fā)學(xué)生思考，最后成功地突破難點(diǎn)，找到了像的位置。他們以提問(wèn)的形式，引發(fā)學(xué)生思考，在對(duì)比了平面鏡跟玻璃板之后，最終學(xué)生都選擇了玻璃板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后又繼續(xù)通過(guò)嘗試，只有將等大的物體放到玻璃板之后，人站在玻璃板之前觀察，才能繼續(xù)完成平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)，為后面探究成像的性質(zhì)打下了基礎(chǔ)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，經(jīng)過(guò)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)流程，省去了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中繁瑣的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，同時(shí)有效降低了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的一些安全隱患，并且通過(guò)多種途徑使得學(xué)生們更加深入的體會(huì)到了物理學(xué)試驗(yàn)的探究過(guò)程，滿足了他們的成就感和自我激勵(lì)感，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，有效的提高了教學(xué)質(zhì)量。