魏張信　邢海根

摘 要：在平面鏡成像實驗教學(xué)過程中，一方面受到前概念的影響，另一方面由于儲備的實驗方法有限，學(xué)生如何設(shè)計實驗，實驗時如何操作及掌握實驗的技巧還存在許多不足。如何有效解答學(xué)生實驗過程中的問題值得廣大教師思考。本文解讀了探究平面鏡成像實驗的相關(guān)問題，尤其是與中考相關(guān)的問題。

關(guān)鍵詞：探究；平面鏡成像；實驗；問題解讀

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2018）8-0053-3

1 實驗器材

問題一：實驗需要哪些器材？

【解讀】 一般需要：①較薄的茶色玻璃；②刻度尺；③光屏；④兩只相同的蠟燭A和B；⑤火柴；⑥方格紙或白紙、鉛筆。

問題二：透明的玻璃板成像不如平面鏡清晰，在實驗中為什么采用透明玻璃板代替平面鏡？

【解讀】 雖然透明的玻璃板成像不太清晰，但是在物體一側(cè)能看到物體的像，同時還能看到并找到像位置的另一個物體，便于確定像的位置，便于比較物像大小關(guān)系。但一般來說，采用透明的玻璃板的主要作用是：便于確定像的位置。

問題三：為什么要采用兩個完全相同的蠟燭（或棋子）？

【解讀】 實驗時采用兩個完全相同的蠟燭，當(dāng)玻璃板后面的蠟燭和玻璃板前面的蠟燭的像完全重合時，后面蠟燭的位置即像的位置，這樣可以確定像的位置，同時也可以比較物像大小關(guān)系。就其主要原因，用兩個相同的蠟燭（或棋子），主要是便于比較物像大小關(guān)系。

問題四：實驗中刻度尺的作用是什么？沒有刻度尺能做這個實驗嗎？

【解讀】 用刻度尺測量物與像到平面鏡的距離，比較物距和像距的關(guān)系。如果沒有刻度尺，可以利用方格紙，使透明的玻璃板豎直架在方格紙的中線上，用鉛筆記下蠟燭與像的位置，采用觀察法或?qū)φ鄯?，看像與物是否關(guān)于鏡面對稱，也可進(jìn)行實驗。

問題五：為什么實驗中在透明玻璃板下方放一張白紙或方格紙？

【解讀】 便于在白紙或方格紙上用鉛筆記下透明玻璃板前表面、蠟燭、像的位置，實驗后用刻度尺和鉛筆連接蠟燭與像，觀察連線是否與玻璃板所在的線條垂直，便于用刻度尺來測量像與物到鏡面距離的大小。

問題六：沒有白紙或方格紙能做實驗嗎？

【解讀】 也可以，可用如圖1所示的裝置，將刻度尺放在玻璃板的下方，將蠟燭直接放在刻度尺上做實驗。

問題七：實驗中為什么要用光屏呢？

【解讀】 光屏可以驗證是實像還是虛像。實像能用光屏承接，虛像不能用光屏承接。所以，移去后面的蠟燭B，并在其所在位置上放一光屏，光屏上不能接到像，說明平面鏡成虛像。

問題八：支架在實驗中起什么作用呢？

【解讀】 如圖2，支架是固定透明玻璃板的位置，使透明玻璃板能豎直立在水平桌面上。

問題十：怎樣確保透明的玻璃板與桌面垂直呢？

【解讀】 一般來說，支架與水平桌面是垂直的，但有時桌面不水平或支架縫隙較大，透明的玻璃板難以保證與桌面垂直，這時可以利用直角三角板調(diào)整薄玻璃板與桌面垂直。

問題十一：實驗中是怎樣得出像與物的大小相等呢？

【解讀】 在玻璃板的前方點燃一支蠟燭，使其豎直立在透明玻璃板前，在透明玻璃板后方用一支相同的蠟燭，用眼睛在透明玻璃板前看蠟燭的像，同時用手移動后方的蠟燭，使后方的蠟燭與像重疊，觀察它們能否完全重合。若能完全重合，則說明兩者大小相等，否則，像與物大小不相等。

問題十二：實驗中是怎樣得出像與物到鏡面距離相等呢？

【解讀】 在白紙上記錄了像與物對應(yīng)的位置，經(jīng)過三次實驗后，利用刻度尺，連接像與物的對應(yīng)點，并進(jìn)行比較、歸納。如果每次實驗都有像與物的對應(yīng)點到鏡面的距離相等，便可得到結(jié)論。

問題十三：實驗中為什么要改變蠟燭的位置，進(jìn)行三次實驗與測量呢？

【解讀】 一次實驗不具備代表性，應(yīng)采取同樣的實驗方案多做幾次，避免實驗現(xiàn)象的偶然性，才能保證結(jié)論的正確。多次操作，消除偶然性，得到普遍規(guī)律。

問題十四：實驗中是怎樣得出平面鏡所成的像是虛像的呢？

【解讀】 將玻璃板后方的蠟燭拿走，在其位置放一個光屏或白紙，眼睛在玻璃板后觀察光屏上是否有像。若光屏上無像，則說明平面鏡所成的像是虛像。

3 實驗反思

問題十五：玻璃板為什么越薄越好？

【解讀】 玻璃板有兩個反射面，兩個反射面都能成像。當(dāng)玻璃板比較厚時，兩個反射面成像距離比較遠(yuǎn)，實驗時會出現(xiàn)明顯的兩個像，使實驗比較復(fù)雜；當(dāng)玻璃板比較薄時，兩個反射面成像距離比較近，可以近似看成一個像，使實驗簡單化；像的位置用蠟燭B與蠟燭A的像重合來確定。實驗中既能看到物體A的像，又能看到蠟燭B，故要采用透明的玻璃板。

問題十六：為什么實驗要在較暗的環(huán)境中做比較好呢？

【解讀】 物體射出的光線對人眼刺激越強(qiáng)，人眼感覺物體越亮，物體經(jīng)過平面鏡反射，反射光線進(jìn)入人眼的光線越多，人眼感到物體的像越亮。在比較亮的環(huán)境中，很多物體射出的光都對眼睛有刺激，干擾人的視線；在實驗中玻璃板起到平面鏡的作用，在鏡面前的亮度越大，則其成的像越清晰。

問題十七：為什么用茶色的玻璃板比無色的玻璃板好？

【解讀】 茶色玻璃板反光能力強(qiáng)，透光能力差，這樣茶色玻璃板后方的亮度要小些，對比之下，人眼獲得的反射光線要多些，看到蠟燭像的亮度就大些，從而像就清晰些。

問題十八：為什么用其中一面鍍了膜的玻璃板做實驗時，鍍膜的一面要放在朝像的一側(cè)呢？

【解讀】 透明的玻璃透光能力強(qiáng)，鍍膜的一面反光能力強(qiáng)，這樣的目的還是使像的一側(cè)光線暗些，在鏡面前的亮度越大，則其成的像越清晰。

問題十九：為什么后方的蠟燭不點燃呢？

【解讀】 后方的蠟燭若也點燃，前后兩面亮度就相同了，結(jié)果使得玻璃后面太亮，更不容易發(fā)生反射，所以像會更不清晰；最主要是無法區(qū)分像和玻璃板后面的蠟燭。

問題二十：實驗過程中，發(fā)現(xiàn)蠟燭的像有重影，是怎么回事呢？

【解讀】 原因是玻璃板有一定的厚度。厚玻璃板有兩個反射面，都會發(fā)生反射現(xiàn)象，反射光線的反向延長線都會會聚成像，玻璃板越厚，兩個像距離越遠(yuǎn)，兩個像越清晰；因此，實驗時需采用很薄的玻璃板，使兩個反射面成的像幾乎重合，使實驗簡單化。

問題二十一：為什么有時無論怎樣在水平桌面上移動后方的蠟燭，都不能使它與像重合呢？

【解讀】 當(dāng)玻璃板與桌面不垂直時，根據(jù)像與物對稱的原理可知，A的像比桌面偏高或偏低，所以怎么移動B蠟燭都不可能與A的像完全重合；另外，選取實驗器材的粗心或?qū)嶒灂r間過長導(dǎo)致兩只蠟燭長短不同時，也會出現(xiàn)不能完全重合的現(xiàn)象，這種情況在做題中較為少見。

問題二十二：為什么實驗時，蠟燭的像與蠟燭是重合的，即像與物大小相等，但人離平面鏡遠(yuǎn)些時，看到的像總是小些呢？

【解讀】 這是人眼與像之間形成的視角在變小，有的感覺是不可靠的，正如天上的飛機(jī)離我們遠(yuǎn)去，我們感到飛機(jī)變小了一樣，其實飛機(jī)的大小是不變的，同理，像的大小也是不變的。

問題二十三：為什么有的同學(xué)測量是正確的，測得的物與像到鏡面的距離不相等，如7.10和6.50之間的偏差較大，是什么原因呢？

【解讀】 測量所選的鏡面錯了；它最有可能前者是測量蠟燭到玻璃板后表面的距離，后者也是測量像到玻璃板后方的距離。

問題二十四：為什么有的同學(xué)在玻璃板后方像的位置放一光屏，在玻璃板前觀察，光屏上有像呢？

【解讀】 這種觀察方法是錯誤的，用光屏來驗證是虛像還是實像，不能透過光學(xué)器具來觀察，因為透過光學(xué)器具觀察，本身看到的就是光學(xué)器具成的像。觀察光屏上是否有像，應(yīng)該在光學(xué)器具的后方，不經(jīng)過光學(xué)器具來觀察。

問題二十五：在實驗中確定像與物大小的方法在物理上叫什么方法呢？

【解讀】 在物理上兩個物理量的大小相等，在測量時用一者代替另一者，這種方法叫等效替代法。未點燃的蠟燭B與蠟燭A的像完全重合，這種確定像與物大小關(guān)系的方法是等效替代法。

問題二十六：為什么將蠟燭貼在鏡面上，蠟燭與后方的像之間還有一小段距離呢？

【解讀】 由于鏡子有一定的厚度，鏡子后面的那個面也能成像，故鏡中的蠟燭與像之間有一小段距離。

問題二十七：如圖4所示，有的同學(xué)用方格紙或白紙做實驗，沿著鏡面所在的位置對折后發(fā)現(xiàn)蠟燭的位置和它的像的位置重合，從數(shù)學(xué)角度上看，所以平面鏡成像的特點又可怎樣表述呢？

【解讀】 平面鏡成的像與物體關(guān)于鏡面對稱。

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[3]劉炳昇，魏日升.初中物理教師實驗技能訓(xùn)練（初中物理教學(xué)法·下冊）[M]. 北京：高等教育出版社，1989：3.

（欄目編輯 王柏廬）