“平面鏡成像”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與教學(xué)

劉家勛

摘 要：平面鏡成像是初中光學(xué)反射現(xiàn)象中的重要內(nèi)容，在生產(chǎn)和生活中有廣泛的應(yīng)用，本文從平面鏡成像教學(xué)思考和實(shí)驗(yàn)中存在的問題進(jìn)行了深入剖析，然后提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，利用改進(jìn)方案對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)做詳細(xì)闡述，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也能培養(yǎng)學(xué)生的物理思維.

關(guān)鍵詞：平面鏡成像; 等效替代; 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;教學(xué)策略

文章編號(hào)：1008-4134（2020）06-0024 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的思考

人教版和粵滬版物理教材上在探究平面鏡成像特點(diǎn)時(shí)，都直接采用了玻璃板和兩只蠟燭來做實(shí)驗(yàn)，其實(shí)中間缺少了很多思維環(huán)節(jié)，不利于學(xué)生掌握等效替代物理方法，不能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，學(xué)生失去了自我鍛煉思維、自我提升的機(jī)會(huì).這里學(xué)生有很多不明白的問題：為什么采用玻璃板而不采用平面鏡？為什么要用兩只相同的蠟燭？為什么點(diǎn)燃一只，另一只不點(diǎn)燃？為什么用未點(diǎn)燃的蠟燭去與點(diǎn)燃蠟燭的像重合？等等.

2 實(shí)驗(yàn)中存在的問題

器材穩(wěn)固性會(huì)直接影響實(shí)驗(yàn)成功與否，如玻璃板豎直放在桌面上，如果支架不穩(wěn)會(huì)導(dǎo)致玻璃板傾斜，導(dǎo)致未點(diǎn)燃的蠟燭與點(diǎn)燃蠟燭的像無法重合，無法比較像與物的大小，也無法確定像的位置.還有如果玻璃板因支架不穩(wěn)而倒在桌面上或者摔在地上，玻璃可能破碎而影響學(xué)生的安全;點(diǎn)燃的蠟燭移動(dòng)或沒放穩(wěn)倒下會(huì)點(diǎn)燃桌面上的紙?jiān)斐刹话踩蛩氐?實(shí)驗(yàn)的時(shí)間會(huì)受到一定的限制：如果多次實(shí)驗(yàn)時(shí)間稍長(zhǎng)，點(diǎn)燃的蠟燭因?yàn)槿紵饾u變短，這樣導(dǎo)致兩個(gè)蠟燭大小不相等會(huì)使實(shí)驗(yàn)失敗;實(shí)驗(yàn)會(huì)受到場(chǎng)所和環(huán)境的影響，本實(shí)驗(yàn)如果在黑暗環(huán)境進(jìn)行會(huì)明顯一些，如果教室里沒有窗簾或者在某些明亮的場(chǎng)所，成的像會(huì)不清晰，影響實(shí)驗(yàn)效果;實(shí)驗(yàn)中物體和像都有一定體積，無法準(zhǔn)確一一對(duì)應(yīng)，給學(xué)生確定物點(diǎn)和像點(diǎn)造成困難，如何去找兩個(gè)蠟燭的圓心，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)能力水平有一定要求，也會(huì)導(dǎo)致時(shí)間過長(zhǎng)而影響教學(xué)進(jìn)度;實(shí)驗(yàn)中因?yàn)槎啻螌?shí)驗(yàn)，蠟油會(huì)滴在紙面上影響整潔度，不利于畫線測(cè)量距離.

3 實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)

制作意義和價(jià)值：基于以上實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考和實(shí)驗(yàn)器材的缺陷，筆者對(duì)原來的器材進(jìn)行了創(chuàng)新和改進(jìn)，重現(xiàn)了學(xué)生的思維過程，同時(shí)也從操作和安全上做了充分的考慮，讓學(xué)生親自感受，歸納得出結(jié)論.

制作材料：臺(tái)簽（有機(jī)玻璃）（如圖1所示），茶色透明玻璃貼紙（如圖2所示）、軟鏡子貼紙（如圖3所示）、2只電子蠟燭、5mm方格坐標(biāo)紙、刻度尺（如圖4所示）等.

4 制作方法

臺(tái)簽由兩塊2mm有機(jī)玻璃組成，四角嵌入強(qiáng)磁鐵而吸合在一起;在一塊有機(jī)玻璃一面貼上茶色透明膜就變成了茶色玻璃，另一塊一面貼上軟鏡子當(dāng)做平面鏡，這樣玻璃和平面鏡就完美巧妙組合在一起了，合在一起是平面鏡，拆開來就出現(xiàn)玻璃板，同時(shí)也能將二者對(duì)比，作用非常豐富.

5 實(shí)驗(yàn)儀器裝置

器材組裝：展開圖（如圖5所示）、實(shí)驗(yàn)正視圖（如圖6所示）和實(shí)驗(yàn)俯視圖（如圖7所示）.

6 教學(xué)過程、演示方法和解釋

6.1 如何用最簡(jiǎn)單的方法比較兩個(gè)物體（兩個(gè)蠟燭）的大小

比較兩本書的大小，學(xué)生自然會(huì)想到把兩本書合在一起進(jìn)行比較;同理用平面鏡實(shí)驗(yàn)，嘗試比較像和物（手指）大小，學(xué)生會(huì)將手指貼在鏡面上，這時(shí)是相等的，教師提出：這是一個(gè)特例，手指在鏡前任何位置是不是相等的？像和物無法放在一起：物體移動(dòng)到鏡后，像消失，物不動(dòng)，像不動(dòng)，像卻無法移動(dòng).

6.2 像和物都不動(dòng)，如何比較像和物的大小

可以找到與物等大的物體（因?yàn)橄竦拇笮∥粗ジ裰睾希瑥亩鎏娲?

6.3 若拿替代物去與像重合，遇到了什么困難

能觀察到模糊的像，但是替代物放到平面鏡后卻無法看到替代物，被平面鏡后的涂層擋住，要想看到平面鏡后的替代物，必須將涂層去掉，從而引出玻璃板，同時(shí)為使像更清晰，應(yīng)該將蠟燭點(diǎn)亮.

6.4 為什么替代物不需點(diǎn)亮

這時(shí)可以點(diǎn)亮替代物，或者在像一側(cè)用強(qiáng)手電筒對(duì)著玻璃板照，發(fā)現(xiàn)看不清像或像模糊，為解決這個(gè)問題，替代物不點(diǎn)亮，同時(shí)采用茶色玻璃.

問題導(dǎo)入層層推進(jìn)，用替代法一一解決：用玻璃板替代平面鏡，用未點(diǎn)亮的蠟燭去替代點(diǎn)亮的蠟燭，為學(xué)生后面實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行做了鋪墊.

7 儀器的特點(diǎn)和用途

儀器組裝改進(jìn)簡(jiǎn)單，可以完整引導(dǎo)學(xué)生的思維過程，將玻璃板從平面鏡中剝離出來，呈現(xiàn)等效替代的物理方法.將平面鏡和玻璃板結(jié)合起來，合起來是平面鏡，讓學(xué)生觀察手指或鉛筆，完成猜想，拆開就是玻璃板，來完成探究實(shí)驗(yàn);采用茶色玻璃即使白天教室光線強(qiáng)效果也非常好，觀察成像很清晰;用電子蠟燭去替代常用蠟燭，能始終讓替代物與物體等大，且節(jié)能環(huán)保，不會(huì)滴蠟油，不會(huì)讓學(xué)生驚慌失措，并能反復(fù)使用;為了讓學(xué)生找到對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，筆者在蠟燭側(cè)壁上畫上了一條黑色豎線，當(dāng)兩黑色豎線重合時(shí)，下端的點(diǎn)就是物點(diǎn)或像點(diǎn);有機(jī)玻璃透明度高成像清晰，不易破碎安全系數(shù)高，底座寬度5cm穩(wěn)固，不易翻到，底座透明便于將鏡面與坐標(biāo)紙上的線重合，可以減小誤差;用坐標(biāo)紙?zhí)娲准垼欣趯W(xué)生直接比較距離和觀察垂直特點(diǎn).

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（收稿日期：2019-11-25）