平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新

李愛萍 邱 娟

湖北省襄陽市教育科學(xué)研究院(441002) 湖北省襄陽市教育裝備中心(441002)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。許多物理知識(shí),包括物理概念、定律和理論,都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來的。平面鏡成像實(shí)驗(yàn)是初中物理的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之一。而“平面鏡成像”又是大自然中一道美麗的風(fēng)景線,也是人們生活中不可缺少的應(yīng)用,所以它是大自然與人類美的和諧體現(xiàn)。學(xué)生通過“平面鏡成像特點(diǎn)”的探究實(shí)驗(yàn),不僅學(xué)會(huì)科學(xué)的探究方法和創(chuàng)新精神,而且培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力和審美觀念。下面是筆者在教學(xué)過程中通過多次實(shí)踐,對(duì)“平面鏡成像特點(diǎn)”探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的改進(jìn),與大家分享。

1 教材探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)不足

人教2011版物理課本8年級(jí)上冊(cè)第4章第3節(jié)“平面鏡成像”一節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué),是通過在桌面上鋪1張大紙,紙上豎立1塊玻璃板作為平面鏡,用2只相同的蠟燭,1只點(diǎn)燃,1只不點(diǎn)燃來探究平面鏡成像時(shí),像的位置、大小跟物體的位置、大小的關(guān)系。

教材中利用2支相同的蠟燭和玻璃板設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn),雖簡(jiǎn)便易行,但仍存在一些不足:

(1)蠟燭燃燒有氣味,影響教室環(huán)境,并且有明火,也易傾倒,存在安全隱患,不利于低碳環(huán)保理念的踐行。

(2)蠟燭在燃燒過程中,1只的高度會(huì)發(fā)生變化,而另1只不變,像物難以完全重合,不利于“像與物大小相等”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論順利得出。

(3)不能直接得出像和物體到鏡面的距離相等關(guān)系,實(shí)驗(yàn)中需要先記下蠟燭的位置,再用刻度尺測(cè)出數(shù)據(jù),花費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)。

(4)對(duì)于平面鏡成的像與物的連線與鏡面垂直這一結(jié)論,也需要學(xué)生通過描點(diǎn)連線才能發(fā)現(xiàn),用教材實(shí)驗(yàn)器材不能動(dòng)態(tài)顯示像與物的連線與鏡面垂直的關(guān)系。

2 實(shí)踐中對(duì)探究實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

鑒于教材實(shí)驗(yàn)存在的不足,我們做了一些創(chuàng)新和改進(jìn)的嘗試,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)器材如下:帶凹槽的底座、中間打孔的刻度尺、較薄有機(jī)玻璃、發(fā)光二極管、小磁鐵。

圖1 平面鏡成像實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

3 改進(jìn)后的儀器特點(diǎn)

(1)帶槽的底座——方便插拔玻璃板和旋轉(zhuǎn)刻度尺;

(2)可以旋轉(zhuǎn)的刻度尺——用螺絲將刻度尺固定在凹槽中,可以自由旋轉(zhuǎn)和左右移動(dòng)刻度尺;刻度尺的中間有1個(gè)小孔,也就是零刻度線,兩邊都有相同的刻度線(見圖2);

(3)較薄的有機(jī)玻璃——代替玻璃,輕便且安全;

圖2 底座與刻度尺

(4)底座帶磁鐵的發(fā)光二極管(見圖3)——代替蠟燭,站立穩(wěn)定、安全無污染。

圖3 底座帶磁鐵的發(fā)光二極管

4 改進(jìn)后的儀器使用方法

(1)將儀器放在水平桌面上,將二極管A放在玻璃板一側(cè)的刻度尺上,可以看到二極管A成的像,為使觀察效果更明顯,將二極管通電發(fā)光。

(2)將另1個(gè)和它一樣的二極管B放在玻璃板另一側(cè)的刻度尺上,透過有機(jī)玻璃可以看到二極管A成的像和二極管B。

(3)因?yàn)?個(gè)二極管都在刻度尺上,通過移動(dòng)二極管B,使A的像和二極管B完全重合。這個(gè)位置就是二極管A的像的位置。

(4)觀察二極管A和B的位置所示的刻度相同,初步得出像與物到有機(jī)玻璃的距離相等。觀察刻度尺,初步得出像與物的連線與有機(jī)玻璃垂直。

(5)前后移動(dòng)二極管A,同時(shí)改變二極管B的位置,使二極管A的像與B完全重合,從而得出像與物大小相等、物與像到鏡面的距離總是相等的結(jié)論。再轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺幾次,觀察A的像與B不重合,從而得出像與物的連線與鏡面垂直的結(jié)論。

(6)在玻璃板的后面放一光屏,不能接收到二極管A的像,說明平面鏡成的是虛像。

5 改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)探究效果

(1)帶有凹起槽的底座固定平面鏡,使底座與平面鏡始終保持垂直,很容易觀察到平面鏡所成的像,同時(shí)易保證平面鏡所成的像與像的替代物完全重合。

(2)用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材做實(shí)驗(yàn),可以讓學(xué)生在轉(zhuǎn)動(dòng)刻度尺的過程中動(dòng)態(tài)地觀察像和物的連線與鏡面垂直,增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)性,使學(xué)生很容易通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出像和物的連線與鏡面垂直的結(jié)論。

(3)二極管置于刻度尺上,可以直接取物距和像距,省去了學(xué)生描點(diǎn)連線,節(jié)省了教學(xué)時(shí)間。

(4)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)器材制作簡(jiǎn)單、原料易得、價(jià)格低廉,如2個(gè)相同的發(fā)光二極管可以用廢舊的兒童挖耳勺改造而成,制作后可以長(zhǎng)期使用,便于推廣。

(5)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置可操作性強(qiáng),操作簡(jiǎn)單方便,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯且具有動(dòng)態(tài)連續(xù)性,便于開展學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。筆者曾在湖北省一師一優(yōu)課中使用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),教學(xué)效果很好,也因此獲得省級(jí)優(yōu)課。

(6)此實(shí)驗(yàn)的改進(jìn),激發(fā)了學(xué)生的探究欲望,提高了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作的能力,從安全和環(huán)保方面來說,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)更加安全無污染。

在教學(xué)中,如果教師采用聯(lián)系實(shí)踐教學(xué)的自制教具進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué),對(duì)于枯燥的理論學(xué)習(xí)勢(shì)必會(huì)帶來一縷清風(fēng),營造鮮活、靈動(dòng)的教學(xué)氣氛,有效培養(yǎng)和提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。