朱傳華

(蘇州高新區(qū)第三中學(xué)校，江蘇 蘇州 215163)

“探究平面鏡成像時(shí)像與物的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》附錄1中列出的20個(gè)學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一,目前教材中比較通行的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是用單面鍍膜的玻璃代替平面鏡,利用鍍膜玻璃既能成像又能透過(guò)玻璃看見(jiàn)后面物體的特點(diǎn),用等效替代法來(lái)確定像的位置,探究平面鏡成像時(shí)像與物的關(guān)系．

圖1 像距誤差分析

但筆者在實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄分析數(shù)據(jù)時(shí)始終無(wú)法得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論.以筆者使用的3 mm厚的鍍膜玻璃為例,在實(shí)驗(yàn)中將鍍膜面朝實(shí)驗(yàn)者自己(這樣能減小操作誤差[1]),像距始終比物距大1-1.5 mm左右．分析誤差產(chǎn)生的原因,主要是因?yàn)榇_定物體A所成像的位置A′的方法為等效替代法,讓鍍膜玻璃后面與A形狀大小相同的B看起來(lái)與A′重合,即將B的位置當(dāng)成A′的位置,但實(shí)驗(yàn)者在A一側(cè)看到的B并不是物體B本身,而是B經(jīng)過(guò)玻璃折射后所成的像B′,實(shí)驗(yàn)者以為B與A′重合,其實(shí)是B′與A′重合,如圖1,測(cè)量的像距BO比實(shí)際像距A′O要大.[1]這樣的系統(tǒng)誤差無(wú)法避免,自然不能得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論．根據(jù)教材知識(shí)的安排順序,光的折射在平面鏡成像之后,所以在實(shí)驗(yàn)中無(wú)法與學(xué)生分析這一系統(tǒng)誤差,只能讓學(xué)生在誤差允許的范圍內(nèi)得出“像到平面鏡的距離與物體到平面鏡的距離相等”的結(jié)論．

為消除這一系統(tǒng)誤差,筆者借鑒原方案中用等效替代法來(lái)確定像的位置的設(shè)計(jì)思路重新設(shè)計(jì)了一種實(shí)驗(yàn)方案,所不同的是改為在鏡面板上開(kāi)孔,透過(guò)鏡面板上的孔槽直接看鏡面后的B,使B看起來(lái)與物體A經(jīng)平面鏡所成的像A′重合,這樣解決了B經(jīng)玻璃折射后成像,看起來(lái)的位置B′與實(shí)際位置不重合的問(wèn)題．具體方案如下.

1 實(shí)驗(yàn)器材

(1) 將成像的平面鏡由教材中的鍍膜玻璃換成定制的中間開(kāi)槽的亞克力鏡面板,具體尺寸如圖2,陰影部分為開(kāi)槽部分;

圖2 鏡面板設(shè)計(jì)圖

(2) 其余器材借用實(shí)驗(yàn)室原實(shí)驗(yàn)器材“J2530平面鏡成像實(shí)驗(yàn)器”．

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

(1) 將一張白紙平放在水平桌面上,借助實(shí)驗(yàn)室原實(shí)驗(yàn)器材“J2530平面鏡成像實(shí)驗(yàn)器”中兩個(gè)帶卡槽的棋子將中間開(kāi)槽的亞克力鏡面板豎直放在白紙上,并注意將電鍍層反射面朝實(shí)驗(yàn)者一側(cè).

(2) 在鏡面板前方放一個(gè)棋子A,通過(guò)開(kāi)槽的鏡面板,看到棋子部分成像在鏡面板后,如圖3.

圖3

圖4

(3) 在鏡面板后放一個(gè)與A相同的棋子B,移動(dòng)棋子B,使透過(guò)開(kāi)槽部分看到的棋子B與A在鏡面中所成的像重合,此時(shí)棋子B的位置就是棋子A所成像的位置,如圖4.

(4) 在白紙上用鉛筆畫(huà)出鏡面板反射面的位置和棋子A和B的位置,用刻度尺分別測(cè)出A、B到鏡面的距離,其他操作與原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)相同．

3 實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)

(1) 通過(guò)鏡面板上開(kāi)槽看鏡面后面的棋子B,消除了原實(shí)驗(yàn)方案中透過(guò)玻璃看棋子B時(shí)因?yàn)楣獾恼凵洮F(xiàn)象使測(cè)出的像距偏大這一系統(tǒng)誤差．

(2) 亞克力鏡面板有雙面鏡和背膠鏡等幾種,背膠鏡只有一面能夠成像,且電鍍層在背面,因而會(huì)如原來(lái)用鍍膜玻璃實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有將鍍膜一面朝實(shí)驗(yàn)者一樣產(chǎn)生誤差．所以經(jīng)比較后筆者選擇雙面鏡,雙面鏡是一面電鍍兩面都是鏡面,因而其電鍍層就在鏡面板表面,實(shí)驗(yàn)時(shí)將電鍍層一側(cè)朝實(shí)驗(yàn)者,能減小玻璃厚度帶來(lái)的操作誤差．

(3) 實(shí)驗(yàn)中定制的開(kāi)槽亞克力鏡面板如厚度較薄,在加工過(guò)程中可能有些變形,對(duì)成像效果產(chǎn)生影響,故筆者在多次實(shí)驗(yàn)嘗試比較后確定3 mm以上厚度可以較好的達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求．

(4) 通過(guò)鏡面板的孔槽看后面的棋子B與棋子A在鏡面中所成的像重合在操作上有一定難度,可能會(huì)帶來(lái)一定的操作誤差．