平面鏡成像實(shí)驗(yàn)論文

丁小磊

摘 要：平面鏡成像是光學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容，是學(xué)生在學(xué)習(xí)了光的直線傳播和反射的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)和認(rèn)識平面鏡成像的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用。平面鏡成像是學(xué)生首次接觸到虛像的概念，為后面學(xué)習(xí)凸透鏡成像作鋪墊，所以具有承上啟下的作用。學(xué)生在日常生活中常見到平面鏡成像的現(xiàn)象，對于成像的特點(diǎn)知其一二，但是不知道其物理原理，教師在課堂上很容易調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

關(guān)鍵詞：平面鏡；成像；實(shí)驗(yàn)

新課標(biāo)改版后多次提到了實(shí)驗(yàn)探究和學(xué)科素養(yǎng)，通過對新課標(biāo)的學(xué)習(xí)我認(rèn)識到課標(biāo)中最重要的理念就是從科學(xué)走向物理，從物理走向社會(huì)，最應(yīng)該展開的就是過程和方法，最容易忽視的是科學(xué)探究不要面面俱到，而要著重落實(shí)幾個(gè)環(huán)節(jié)?；谝陨侠砟睿唧w來說，平面鏡成像這節(jié)實(shí)驗(yàn)課，可以放手讓學(xué)生進(jìn)行探究，教師在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)，多準(zhǔn)備一些實(shí)驗(yàn)器材，比如薄厚不同的玻璃板、旗子、鏡子、坐標(biāo)紙、蠟燭、電子蠟燭等，讓學(xué)生自己選擇合適的器材，對課上提出的問題進(jìn)行探究。學(xué)生不僅可以探究像和物體的大小關(guān)系、位置關(guān)系，還會(huì)想到去驗(yàn)證像和物體的左右是否顛倒，正立和倒立的關(guān)系等，更重要的是讓學(xué)生親歷像和物體對稱的生成過程，讓學(xué)生從感性上升到理性，眼見為實(shí)，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和特點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題

測量值和結(jié)論之間的差距，我們往往統(tǒng)稱為誤差，可是這些所謂的誤差背后，如果我們認(rèn)真觀察，仔細(xì)分析，可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生誤差的原因可能是學(xué)生操作中出現(xiàn)了錯(cuò)誤，或者是學(xué)生思維出現(xiàn)了障礙，還有可能是實(shí)驗(yàn)器材出現(xiàn)了學(xué)生無法解決的問題。我在日常授課時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)來回挪動(dòng)玻璃板，當(dāng)玻璃板和紙面不垂直時(shí)，學(xué)生會(huì)看到像凸出紙面在空中，或者凹進(jìn)了紙里，無法在坐標(biāo)紙上確定像的位置，這時(shí)候?yàn)榱耸∈?，有很多孩子就畫個(gè)差不多的位置，或者發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了這種現(xiàn)象的原因把平面鏡放好，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，沒有進(jìn)行進(jìn)一步的思考。那么，當(dāng)平面鏡和紙面不垂直的時(shí)候，像和物體關(guān)于鏡面對稱是否還成立呢？如果成立，能不能想辦法來驗(yàn)證呢？

二、教具的制作思路

對稱是指圖形或物體相對的兩邊的各部分，在大小、形狀和排列上具有一一對應(yīng)的關(guān)系。在初中數(shù)學(xué)中，學(xué)生學(xué)習(xí)對稱時(shí)要會(huì)找對稱圖形，為了找到一一對應(yīng)的關(guān)系要做和對稱軸垂直的輔助線，要測量圖形上的點(diǎn)到對稱軸的距離，那么用這樣的思路能不能做一個(gè)可以驗(yàn)證對稱的教具呢？平面鏡的位置不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)物體和替代物所在的平面，如果兩個(gè)面和平面鏡的夾角相等，物體和替代物到平面鏡的距離相等不就可以實(shí)現(xiàn)對稱的驗(yàn)證了嗎?；谶@樣的思想我制作這個(gè)教具：整個(gè)教具是由比較輕便的亞克力材料制成，背板上貼上打印好的刻度尺，因?yàn)橹灰C明距離相等就好，所以在實(shí)驗(yàn)過程中只要數(shù)格數(shù)就可以了。夾子上綁有重錘，重錘的位置即為物體和替代物所在的位置。重錘可以來回移動(dòng)，從刻度尺上就可以讀出物體和替代物到鏡面的距離。下面貼上圓形的量角器，量角器的中間也就是0度的位置為平面鏡的位置。大致思路確定之后，就是對教具的精加工了。①如何能夠讓兩個(gè)平面可以來回移動(dòng)到任意位置，普通的合頁滿足不了，我們加上了阻尼轉(zhuǎn)軸來替代。②為了能旋轉(zhuǎn)范圍更大，旋轉(zhuǎn)的角度更廣，我們把物體所在的平面放到了整個(gè)面板的中間。③為了使“平面鏡”能夠和背板貼合我們在背板上挖了凹槽，這樣當(dāng)旋轉(zhuǎn)平面讀角度的時(shí)候就可以更加準(zhǔn)確了。④電子蠟燭里面是金屬的紐扣電池，為了在旋轉(zhuǎn)平面時(shí)蠟燭可以放穩(wěn)，我們在旋轉(zhuǎn)的面板上加了強(qiáng)力磁性貼，蠟燭就可以了面板上隨意放置了。

三、教具使用效果

在教具使用的過程中，學(xué)生能清晰地看到當(dāng)旋轉(zhuǎn)蠟燭所在的平面時(shí)，像好像在空中或者在平面下，這時(shí)旋轉(zhuǎn)另一個(gè)平面可以讓替代物與物體成的虛像重合。這時(shí)從量角器上讀出角度移動(dòng)重錘的位置，從刻度尺上讀出物體和替代物到鏡面的距離。這個(gè)實(shí)驗(yàn)教具解決了物體和像不垂直時(shí)如何驗(yàn)證物體和像仍然關(guān)于鏡面對稱的問題，具有很好的使用效果。

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