平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與優(yōu)化

張 玉 杜加軍

(山東省臨沂市臨沂第三十五中學(xué) 276000)

物理是一門以觀察實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，滬科版八年級(jí)物理第四章第二節(jié)平面鏡成像實(shí)驗(yàn)是初中物理的一個(gè)比較重要的實(shí)驗(yàn).在這一節(jié)中，滬科版物理八年級(jí)全一冊(cè)的教材是以蠟燭為材料來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究過(guò)程如下：

實(shí)驗(yàn)需要的器材：兩支相同的蠟燭、一塊玻璃板、玻璃板支架、一張紙、一個(gè)光屏、一把刻度尺及火柴.

請(qǐng)參照?qǐng)D4-13所示步驟完成實(shí)驗(yàn).

1.將紙平鋪在水平桌面上，玻璃板垂直架在紙上，在玻璃板的一側(cè)立一支點(diǎn)燃的蠟燭，透過(guò)玻璃板觀察其另一側(cè)蠟燭的像.

2.將光屏放到像的位置，不透過(guò)玻璃板，直接觀察光屏上有無(wú)像.

3.將另一支完全相同的、但未點(diǎn)燃的蠟燭放到玻璃板后像的位置，與像重合(觀察到未點(diǎn)燃蠟燭的燭芯上好像也有了燭焰).比較像與蠟燭的大小、正倒等關(guān)系.

4.在玻璃板下所鋪的白紙上描繪出蠟燭、玻璃板和蠟燭像的位置.

5.畫出連接蠟燭和像的直線，量出直線與玻璃板的夾角，用刻度尺量出蠟燭和像到玻璃板的距離.

但是經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際操作，我發(fā)現(xiàn)用蠟燭做實(shí)驗(yàn)會(huì)出現(xiàn)某些弊端和不便.

第一，實(shí)驗(yàn)前需要準(zhǔn)備兩支完全相同的蠟燭，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)一支蠟燭是點(diǎn)燃的，而另一支則是不點(diǎn)燃的，這就導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中被點(diǎn)燃的那支蠟燭因消耗而變短后兩支蠟燭的長(zhǎng)度不相同，經(jīng)常需要切去未點(diǎn)燃蠟燭的一部分后再做實(shí)驗(yàn)，或者不停的更換新的同一高度的蠟燭，不僅損耗了材料，浪費(fèi)了實(shí)驗(yàn)成本，而且增加了工作量.

第二，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難免有蠟燭油滴落在實(shí)驗(yàn)桌和地面上，因此下面墊的紙張就需要經(jīng)常換；滴落在地上的蠟燭油會(huì)使地面很滑，給師生造成安全隱患；更重要的是，對(duì)于初二的學(xué)生來(lái)說(shuō)，用火比較危險(xiǎn)，實(shí)驗(yàn)中鋪在鏡面下的紙張也有點(diǎn)燃的隱患.另外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)中燃燒蠟燭產(chǎn)生的煙味也不環(huán)保.

第三，用燃燒的蠟燭來(lái)做實(shí)驗(yàn)不夠形象，因?yàn)槿粘５纳罱?jīng)驗(yàn)告訴我們，照鏡子的時(shí)候一般的物體(如我們?nèi)?、衣服、飾物?本身是不發(fā)光的，生活中大部分物體都不是光源，都是反射的光.而點(diǎn)燃的蠟燭是光源，是正在發(fā)光的，這就容易使學(xué)生產(chǎn)生一個(gè)誤區(qū)，以為只有光源才符合平面鏡成像的結(jié)論從而誤以為實(shí)驗(yàn)與生活實(shí)際不相符.

第四，燃燒的火焰的像無(wú)法用具體的物體代替，也就是說(shuō)用蠟燭當(dāng)研究對(duì)象，探究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)無(wú)法準(zhǔn)確得到像與物大小相等的結(jié)論，影響了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性.

第五，也是關(guān)鍵的一點(diǎn)，用蠟燭來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)不能區(qū)分物與像左右相反這個(gè)現(xiàn)象，忙忙碌碌一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，到頭來(lái)卻不能從實(shí)驗(yàn)中得出物與像左右相反的結(jié)論，那么在以后的練習(xí)和應(yīng)用中，學(xué)生難免會(huì)出現(xiàn)混淆.

針對(duì)以上用蠟燭做實(shí)驗(yàn)的種種弊端，我將平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的材料進(jìn)行了這樣的改進(jìn)：

第一，取一張白紙鋪在水平桌面上，并在白紙的中心畫一條直線.

第二，如圖1將正面鍍膜的薄平面玻璃插入三角支架固定住(三角支架的凹痕能夠保證垂直固定玻璃板，避免因平面玻璃傾斜造成的像偏上或者偏下的現(xiàn)象，從而無(wú)法使像與物體完全重合)，然后把固定住的玻璃板放在直線上，平面玻璃鍍膜的一面底部與直線重合，并用三角尺檢查玻璃板與底面是否垂直，如有偏差應(yīng)作出適當(dāng)調(diào)整，確保垂直.

第三，如圖2將上面右側(cè)半圓涂紅顏色的三角跳棋子(物體)放在膜面前方5-10cm外，并用筆標(biāo)上記號(hào)，透過(guò)玻璃板觀察其另一側(cè)跳棋子的像.

第四，將光屏放到像的位置，不透過(guò)玻璃板，直接觀察光屏上有無(wú)像.

第五，如圖3將另一個(gè)上面左側(cè)涂紅顏色的跳棋子(像)放在平板玻璃的另一面，慢慢移動(dòng)，使像與物完全重合，并標(biāo)上記號(hào).觀察像與物的左右關(guān)系、大小、正倒等關(guān)系.

第六，畫出連接像與物的直線，量出直線與玻璃板之間的夾角，再用刻度尺量出像與對(duì)應(yīng)物體到玻璃板的距離.

第七，改變物到玻璃板的距離，重復(fù)上述第五、第六兩實(shí)驗(yàn)步驟.

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，可以得出如下結(jié)論：

(1)物體通過(guò)平面鏡所成的像是虛像；

(2)像與物體左、右相反，大小相同；

(3)物與像的連線跟鏡面垂直，像與物到鏡面的距離相等.

即平面鏡成像，像與物體對(duì)于平面鏡是對(duì)稱的.

綜上所述，可以看出用上面左右兩側(cè)涂色跳棋子代替蠟燭做平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：

(1)操作方便，不需要點(diǎn)燃，安全無(wú)隱患.

(2)形象，像與物都是具體的、完整的，像物可以完全重合.與學(xué)生的實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)相符，學(xué)生容易理解.

(3)準(zhǔn)確，像與物均能分辨左、右，實(shí)驗(yàn)效果更加準(zhǔn)確，特別是輕而易舉的解決了像與物左、右相反的困擾，為學(xué)生以后的練習(xí)和應(yīng)用打下了基礎(chǔ).

(4)耐用，可反復(fù)無(wú)限次使用，不需要考慮由于燃燒變短而導(dǎo)致的兩支蠟燭長(zhǎng)度有偏差不再完全相同的問(wèn)題；節(jié)約成本、時(shí)間，減少人力、物力、財(cái)力的消耗.

(5)聯(lián)系生活，兩顆普通的跳棋子也可以成為實(shí)驗(yàn)的重要道具，充分讓學(xué)生體驗(yàn)到物理從生活中來(lái)的思想.

用蠟燭做平面鏡成像實(shí)驗(yàn)存在諸如不準(zhǔn)確、不安全、不方便等種種弊端和不便，本文采用上面左右半側(cè)涂紅顏色的跳棋子(一物一像)代替蠟燭來(lái)進(jìn)行平面鏡成像實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)確形象、安全方便、簡(jiǎn)捷快速的得出結(jié)論.既從實(shí)驗(yàn)中解決了像與物左、右相反的困擾，又使學(xué)生體會(huì)到物理從生活中來(lái)，到生活中去的思想，為以后的學(xué)習(xí)和生活打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).