平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

(安徽省宣城市第二小學(xué),安徽 宣城 242000)

平面鏡成像原理是以光的直線(xiàn)傳播和光的反射為基礎(chǔ)，是這兩知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用；平面鏡成像實(shí)驗(yàn)是繼小孔成像實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生首次完整研究“像”的性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)所用的研究方法和思路為后面研究凸透鏡成像奠定了基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用，因此“平面鏡成像特點(diǎn)”是光現(xiàn)象的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)光學(xué)教學(xué)中占有十分重要的地位。

探究平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)為學(xué)生總結(jié)和理解平面鏡成像的特點(diǎn)，提供了豐富的感性認(rèn)識(shí)，是培養(yǎng)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)和歸納、提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的好素材，也為今后的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)作了必要的準(zhǔn)備。

1 教材實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及不足

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1

人教版教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：如圖1所示，在桌面上鋪一張白紙，紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡，沿著玻璃板在紙上畫(huà)一條直線(xiàn)，代表平面鏡的位置，把一支點(diǎn)燃的蠟燭A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、但不點(diǎn)燃的蠟燭B，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A的像完全重合，這個(gè)位置就是前面那支蠟燭A的像的位置。(1) 在紙上記下這兩個(gè)位置時(shí)，實(shí)驗(yàn)時(shí)注意觀察蠟燭B的大小和A的像的大小是否相同？(2) 移動(dòng)點(diǎn)燃的蠟燭A，重做實(shí)驗(yàn)。(3) 用直線(xiàn)把蠟燭和它的像在紙上的位置連起來(lái)，并用刻度尺分別測(cè)量它們到玻璃板的距離。

1.2 不足之處

平面鏡成像實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于：平面鏡要與桌面垂直、兩支蠟燭要完全相同，蠟燭要與桌面垂直，在確定物體及其在平面鏡中成虛像的位置(最難的是確定虛像的位置)時(shí)，教材上用透明的玻璃板代替平面鏡，確定虛像的位置，采用了等效替代重合法，存在以下不足：

(1) 新蠟燭可能會(huì)高于玻璃板，做實(shí)驗(yàn)前還要截?cái)?，上一段蠟燭底面難與桌面垂直，下一段蠟燭不易點(diǎn)燃，還要選擇兩段截?cái)嗪蟮乳L(zhǎng)的蠟燭。蠟燭燃燒一段時(shí)間后，兩支蠟燭的長(zhǎng)度不同，蠟燭燃燒時(shí)蠟油滴落凝固，會(huì)改變蠟燭的形狀，導(dǎo)致兩支蠟燭的外形不同，所以下一次做實(shí)驗(yàn)時(shí)很難找到兩支完全相同的蠟燭。

(2) 蠟燭燃燒會(huì)產(chǎn)生異味，為了保持蠟燭火焰的穩(wěn)定，要關(guān)閉門(mén)窗，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境污濁。

(3) 蠟燭是易耗品，由于生產(chǎn)生活中需求量很少，市場(chǎng)采購(gòu)較難。妥善保存也難，在氣溫較高的環(huán)境下，蠟燭容易變形彎曲。

(4) 因透明的玻璃板是有厚度的，經(jīng)玻璃杯的前后表面分別反射成兩個(gè)像，所以會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)重影的現(xiàn)象，難以準(zhǔn)確確定像的位置。

(5) 蠟燭成像時(shí)，火焰的亮度很大，但是蠟燭自身成像的亮度很弱，有時(shí)會(huì)看不清，即使在較暗的環(huán)境中，操作也有一定的難度。

(6) 蠟燭它是一個(gè)立體物體，怎樣把蠟燭和它像的位置精確成“點(diǎn)”，有點(diǎn)難，操作不當(dāng)，會(huì)影響像與物到平面鏡的距離，以及像與物的連線(xiàn)是否與平面鏡垂直。

2 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與特點(diǎn)

(1) 器材與組裝

準(zhǔn)備化妝鏡、票據(jù)夾(或長(zhǎng)尾夾)和紙杯，確定紙杯底的中心，并用筆戳個(gè)小孔。

在桌面上鋪一張白紙，用筆和刻度尺在紙上畫(huà)一條直線(xiàn)，用票據(jù)夾夾住一塊化妝鏡豎立在白紙上作為平面鏡，涂水銀的面與直線(xiàn)重合，代表平面鏡的位置，調(diào)節(jié)票據(jù)夾,使化妝鏡與桌面垂直。

(2) 確定像的位置

圖2

把一只紙杯A放在化妝鏡的前面，可以看到它在化妝鏡后面的像。再拿另一只紙杯B，豎立在化妝鏡后面，前后、左右移動(dòng)，直到分別從紙杯A的左側(cè)和右側(cè)觀察，紙杯B未被化妝鏡遮擋的部分已與紙杯A在鏡中成的像，形成無(wú)偏差對(duì)接、組合成一個(gè)完整“線(xiàn)條順暢”的紙杯形象(如圖2)，此時(shí)紙杯B的位置即為紙杯A的像的位置。分別用筆戳一下紙杯A和B杯底小孔，在紙上記下這兩個(gè)位置。

(3) 比較像與物的大小關(guān)系

從化妝鏡的上方和下方，可以看到紙杯A在鏡中成的像與紙杯B未被化妝鏡遮擋部分無(wú)偏差對(duì)接，組合成一個(gè)完整“線(xiàn)條順暢”的紙杯，所以此現(xiàn)象可驗(yàn)證平面鏡成等大的像。

(4) 探究像物與平面鏡的位置關(guān)系

用直線(xiàn)把物和像在紙上的位置連起來(lái)，并用刻度尺分別測(cè)量他們到直線(xiàn)(化妝鏡)的距離，借助直角三角板來(lái)判斷像與物的連線(xiàn)是否與直線(xiàn)(化妝鏡)垂直。

(5) 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

① 取材方便，紙杯、化妝鏡、票據(jù)夾容易購(gòu)置,因?yàn)槭侨粘Ｓ闷?，有的學(xué)生家里就有現(xiàn)成的，學(xué)生在家也能做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

② 實(shí)驗(yàn)器材可重復(fù)使用，易保存，只消耗一些白紙。

③ 實(shí)驗(yàn)環(huán)境較寬泛，可開(kāi)門(mén)窗，有利于學(xué)生健康。

④ 利用化妝鏡替換透明玻璃板成像更清晰明亮，巧妙解決了兩個(gè)面成像導(dǎo)致重影的問(wèn)題，像的位置確定更準(zhǔn)確，突破了教學(xué)的難點(diǎn)，學(xué)生更容易接受。

⑤ 通過(guò)事先用筆在兩紙杯底中心戳個(gè)小孔，使得物像位置確定更方便、精準(zhǔn)。

(6) 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

① 確定紙杯底的中心要精準(zhǔn)，記錄紙杯位置時(shí)，筆要垂直于桌面方向通過(guò)杯底孔戳下去。

② 化妝鏡高約為紙杯的一半為宜，豎立在白紙上作為平面鏡，涂水銀的面應(yīng)與直線(xiàn)重合，代表平面鏡的位置，要調(diào)節(jié)票據(jù)夾，使化妝鏡與桌面垂直。

③ 要耐心地微調(diào)整紙杯B，使其未被化妝鏡遮擋的部分應(yīng)與紙杯A在鏡中成的像無(wú)偏差對(duì)接，這時(shí)紙杯B的位置即為紙杯A的像的位置。

3 結(jié)語(yǔ)

該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)了原實(shí)驗(yàn)的不足，取材方便，可改為學(xué)生家庭實(shí)驗(yàn)。在課堂教學(xué)中，學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功率高，實(shí)驗(yàn)效果較好。