趙抒怡

(江蘇科技大學(xué)附屬中學(xué),江蘇 鎮(zhèn)江 212016)

“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”和“探究杠桿的平衡條件”是蘇科版初中物理教學(xué)中兩個(gè)重要的實(shí)驗(yàn).下面將結(jié)合各地近幾年出現(xiàn)的部分試題,重新對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路作進(jìn)一步分析.

1 探究平面鏡成像的特點(diǎn)

“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”是蘇科版物理第三章第四節(jié)內(nèi)容.平面鏡成像實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理光學(xué)部分的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作能力以及規(guī)律總結(jié)能力都有一定的要求.因此這個(gè)實(shí)驗(yàn)也成為各個(gè)地區(qū)八年級(jí)上冊(cè)甚至中考的熱點(diǎn)考查實(shí)驗(yàn).下面例舉節(jié)選3道關(guān)于平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)題以分析平面鏡成像的特點(diǎn).(題中序號(hào)為原題序號(hào))

題1小利同學(xué)利用如圖1所示的裝置,做探究“平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn).

圖1 探究實(shí)驗(yàn)裝置圖

(2)在豎直的玻璃板前點(diǎn)燃蠟燭A,拿未點(diǎn)燃的蠟燭B豎立在玻璃板后面移動(dòng),他的眼睛一直在玻璃板的A側(cè)觀察,直至看到____,這樣,蠟燭B就替代了蠟燭A的像;

題2如圖2是探究“平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)裝置圖.

圖2 探究實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖3 探究實(shí)驗(yàn)裝置圖

(2)在豎立的玻璃板前點(diǎn)燃蠟燭A,可以看到蠟燭A在玻璃板后面的像,取一支外形相同但不點(diǎn)燃的蠟燭B在玻璃板后面移動(dòng),直到看上去它跟蠟燭A的像完全重合.在比較物與像的大小關(guān)系時(shí),蠟燭B替代的是____(選填“蠟燭A的像”或“蠟燭B的像”),看到蠟燭是由光的反射____(選填“反射”或“折射”)形成的.

題3小丁利用圖3裝置探究“平面鏡成像的特點(diǎn)”,在水平桌面上鋪一張白紙,再將玻璃板豎立在白紙上,把一支點(diǎn)燃的蠟燭A放在玻璃板前面,再拿一支外形完全相同但不點(diǎn)燃的蠟燭B豎立在玻璃板后面移動(dòng),直到看上去它跟蠟燭A的像完全重合.

(1)把光屏放在玻璃板后,無論如何移動(dòng),都不能承接到蠟燭A的像,說明平面鏡所成的像是____像.在比較物與像的大小關(guān)系時(shí),蠟燭B替代的是____(選填“蠟燭A”或“蠟燭A的像”),能看到玻璃板后的蠟燭B是由光的____(填“反射”或“折射”)形成的;

題1的第(2)問、題2的第(2)問、題3的第(1)問都涉及到一個(gè)共同的問題:蠟燭B替代的究竟是“蠟燭A”還是“蠟燭A的像”.題1中第(2)問題干直接給出“蠟燭B就替代了蠟燭A的像”,題2的第(2)問兩個(gè)選項(xiàng)“蠟燭A的像”或“蠟燭B的像”,參考答案給的是“蠟燭A的像”,題3的第(1)問兩個(gè)選項(xiàng)“蠟燭A”或“蠟燭A的像”,參考答案給出的是“蠟燭A的像”.在本實(shí)驗(yàn)中有兩個(gè)重要目的,一是確定像的位置,二是比較像與物的大小關(guān)系.由于無法將蠟燭A與其像放到一起比較,實(shí)驗(yàn)中用到了等效替代的方法,借助一根與蠟燭A相同的蠟燭B來幫助確定像的位置,比較像與物的大小.通過蠟燭B與蠟燭A的像完全重合這一現(xiàn)象,得出平面鏡所成像與物等大的結(jié)論.那蠟燭B在此實(shí)驗(yàn)當(dāng)中究竟是替代誰?對(duì)于目的一:確定像的位置,實(shí)驗(yàn)中把蠟燭B放在蠟燭A的像所在位置,蠟燭B所在位置即為蠟燭A的像所在位置,可以說成,用蠟燭B的位置替代了蠟燭A的像的位置.對(duì)于目的二:比較像與物的大小關(guān)系,若如上述題中所述,蠟燭B是替代的“蠟燭A的像”,那蠟燭B的設(shè)置理應(yīng)是和“蠟燭A的像”相同,而不是設(shè)置和“蠟燭A”相同.換句話說,在未知平面鏡成像物與像大小關(guān)系時(shí),若用蠟燭B去替代“蠟燭A的像”,應(yīng)選擇一個(gè)和“蠟燭A的像”完全相同的蠟燭B,實(shí)現(xiàn)用蠟燭B替代“蠟燭A的像”,再將蠟燭B與蠟燭A進(jìn)行比較,觀察兩者是否相等,從而得到像與物大小關(guān)系[1].但很顯然在平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中并不是用這樣的思想,所以在比較像與物大小關(guān)系時(shí),蠟燭B替代的并非是“蠟燭A的像”而是替代的“蠟燭A”.由于蠟燭A無法拿到玻璃板后面與其像進(jìn)行比較,所以借助與A自身相同的B去替代A,與玻璃板背面A的像比較大小.若兩者重合則說明物體A與其在平面鏡中的像大小相等,符合本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路.因此上述幾道試題中的描述或答案的設(shè)置值得商榷,此類問題在今后命題時(shí)應(yīng)該注意嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性.

2 探究杠桿的平衡條件

“探究杠桿的平衡條件”是蘇科版物理第十一章第一節(jié)內(nèi)容,是初中物理力學(xué)部分的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生的思維能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和數(shù)據(jù)處理能力都有一定的要求.下面例舉3道關(guān)于探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)題節(jié)選.(題中序號(hào)為原題序號(hào))

題1某同學(xué)利用裝置進(jìn)行杠桿平衡條件的探究,每個(gè)鉤碼均重0.5 N.

(1)在圖4裝置中,實(shí)驗(yàn)前首先要調(diào)節(jié)杠桿兩端的平衡螺母,使杠桿在____位置平衡,這樣做目的是____;

圖4 實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖5 實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖6 實(shí)驗(yàn)裝置圖

題2在“探究杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中:

(1)如圖5,將螺母向____調(diào)節(jié),使杠桿在水平位置平衡,其目的是____.

題3在“探究杠平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中:

(1)實(shí)驗(yàn)前發(fā)現(xiàn)杠桿左端下沉,如圖6,可將杠桿右端的平衡螺母向____調(diào)節(jié),直至杠桿平衡.實(shí)驗(yàn)前的調(diào)節(jié)平衡的目的有兩個(gè):①消除杠桿自重對(duì)平衡的影響;②便于測(cè)量____.

上述題1和題2的第(1)問均考查測(cè)量前調(diào)節(jié)杠桿水平平衡的目的.題1中提供的參考答案是便于測(cè)量力臂;題2中提供的參考答案是避免杠桿自身的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響和便于測(cè)量力臂的大小.兩題問題一致,但是提供的參考答案卻不相同.題3中第(1)問只描述要調(diào)節(jié)杠桿平衡,未強(qiáng)調(diào)水平位置,給出了調(diào)節(jié)杠桿平衡的兩個(gè)目的:一是消除杠桿自重對(duì)平衡的影響;二是便于測(cè)量力臂.題3和題2的問題不同,給出的“目的”卻完全相同.這就值得我們重新思考,實(shí)驗(yàn)前對(duì)杠桿進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的究竟是什么?只是為了“便于測(cè)量力臂”還是只是為了“消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響”,還是兩者必須兼顧.“平衡”和“水平平衡”是兩個(gè)不同的概念,從調(diào)節(jié)的要求“水平平衡”來看,可以拆分成兩個(gè)關(guān)鍵詞“平衡”和“水平”,即既需要調(diào)節(jié)杠桿保持平衡狀態(tài),又需要控制在水平位置.下面分別對(duì)“平衡”和“水平”進(jìn)行討論.杠桿保持靜止是最簡(jiǎn)單的平衡狀態(tài),不管處于什么位置的平衡狀態(tài),根據(jù)“懸掛法”可以判斷杠桿的重心位于過其支點(diǎn)且與地面垂直的這條直線上[2].如圖7中虛線所在位置通過支點(diǎn),所以在施加外力之前,杠桿在任意位置保持平衡時(shí),杠桿自身重力產(chǎn)生的力臂均為零.相反,如果測(cè)量前未對(duì)杠桿調(diào)節(jié)平衡,杠桿處于非平衡狀態(tài)時(shí)就開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn),這時(shí)杠桿自身重力產(chǎn)生的力臂則不為零,對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量、數(shù)據(jù)的處理、規(guī)律的總結(jié)帶來影響.因此測(cè)量前調(diào)節(jié)杠桿的平衡是必要的步驟,目的在于消除杠桿的自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響.

圖7 實(shí)驗(yàn)裝置圖

需要說明的是,整個(gè)實(shí)驗(yàn)中要達(dá)到消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)影響這一目的,必須使得杠桿在測(cè)量前和施加外力后保持在相同的位置平衡,即如圖8所示,若實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)杠桿在傾斜位置平衡,施加外力之后仍然要保持在此位置平衡,即角a必須等于角b,這也是此實(shí)驗(yàn)得出正確結(jié)論的必要要求[3].因此,調(diào)節(jié)杠桿在傾斜位置平衡,理論上是完全可行的,但是實(shí)際操作中會(huì)帶來兩個(gè)問題:一是不方便控制測(cè)量前和施加外力后杠桿位于相同的傾斜位置;二是給力臂的測(cè)量帶來麻煩.因此,本實(shí)驗(yàn)要求中強(qiáng)調(diào)“水平位置”顯得很有必要.綜上分析,上述題1與題2中,關(guān)于“測(cè)量前調(diào)節(jié)杠桿水平平衡的目的”可以概括為:消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響和便于測(cè)量力臂,兩者缺一不可.題3中的問題描述存在問題,應(yīng)該強(qiáng)調(diào)“水平平衡”,如果只強(qiáng)調(diào)“平衡”沒有“水平”,那目的只有一個(gè):消除杠桿自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響,并沒有達(dá)到便于測(cè)量力臂的目的.

圖8 實(shí)驗(yàn)裝置圖

綜上分析,在平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中,為達(dá)到確定像的位置這一目的,蠟燭B是替代了蠟燭A的像的位置,但是在比較像與物大小時(shí),蠟燭B的作用是替代了蠟燭A本身而非其他.在杠桿平衡實(shí)驗(yàn)中,回答“實(shí)驗(yàn)前調(diào)節(jié)杠桿水平平衡的目的”時(shí),應(yīng)該注意到“平衡”和“水平”兩個(gè)關(guān)鍵詞,分別對(duì)應(yīng)“消除杠桿自重的影響”和“便于測(cè)量力臂”,這兩個(gè)目的缺一不可.在課堂教學(xué)中,對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理和設(shè)計(jì)思路要仔細(xì)分析,注意準(zhǔn)確講解引導(dǎo)學(xué)生分析.