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        探究平面鏡成像的特點(diǎn)

        2023-12-16 12:44:18黃繼奎
        關(guān)鍵詞:探究實(shí)驗(yàn)

        黃繼奎

        探究平面鏡成像的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)是新課標(biāo)要求的21個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn),為提升同學(xué)們的科學(xué)探究素養(yǎng)及“知行合一、學(xué)以致用”的能力,下面通過四個(gè)維度加以突破。

        [實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

        1.實(shí)驗(yàn)原理:光的反射定律。(裝置如圖1所示)

        2.主要器材及作用:(1)玻璃板不但能反射成像,而且透光,便于確定像的位置(平面鏡不能透光,無法確定像的位置);(2)兩支完全相同的蠟燭可以比較物與像的大小關(guān)系;(3)刻度尺可以測(cè)量物距和像距;(4)光屏可以判定像的虛實(shí),若光屏能承接到像,則為實(shí)像,反之為虛像。

        3.實(shí)驗(yàn)方法:等效替代法(用兩根完全相同的蠟燭,其中一支蠟燭等效為另一支蠟燭的像)。

        4.器材組裝:白紙對(duì)折后展開,平鋪在水平桌面上,將玻璃板豎直放置在白紙中間的折線上。點(diǎn)燃玻璃板前的蠟燭A,玻璃板后的蠟燭B不點(diǎn)燃。

        5.實(shí)驗(yàn)操作的關(guān)鍵:(1)判斷像的大小和位置的方法:移動(dòng)玻璃板后的蠟燭B,使其與蠟燭A的像完全重合,蠟燭B的位置和大小就是蠟燭A的像的位置和大小。(2)收集數(shù)據(jù)的方法:在白紙上標(biāo)記蠟燭A和蠟燭B的位置,用刻度尺測(cè)量?jī)芍灎T與玻璃板的距離,并比較兩組數(shù)值是否相等,連接兩支蠟燭的位置,判斷連線與玻璃板是否垂直。(3)多次實(shí)驗(yàn)的目的:使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性。(4)數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì):記錄物距、像距、物像大小關(guān)系及多次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)。

        6.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):(1)本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該在較暗的環(huán)境中進(jìn)行,目的是使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯;(2)玻璃板要與水平桌面垂直放置,目的是確保物和像重合,否則玻璃板后的蠟燭無法與像完全重合;(3)點(diǎn)燃玻璃板前蠟燭,目的是使成像更清晰,玻璃板后蠟燭不點(diǎn)燃,替代鏡前蠟燭的像,這用到了等效替代法。

        7.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:平面鏡成的是虛像,像與物關(guān)于平面鏡對(duì)稱。

        [實(shí)驗(yàn)拓展]

        1.選擇薄玻璃板的原因:由于玻璃板的前后表面均能反射成像,為了減小兩個(gè)像之間的干擾,玻璃板要盡量薄一些。

        2.選擇方格紙代替白紙的優(yōu)點(diǎn):可以更加直接地確定像和物的位置關(guān)系。

        3.在光具座上做實(shí)驗(yàn)的好處:確保實(shí)驗(yàn)裝置都在同一水平直線上,使實(shí)驗(yàn)更易操作。

        4.觀察像時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)幾乎重疊的像:這是玻璃板的兩個(gè)反射面分別成像造成的。

        5.若玻璃板向點(diǎn)燃的蠟燭方向傾斜,則蠟燭的像在未點(diǎn)燃蠟燭的上方;若玻璃板向未點(diǎn)燃的蠟燭方向傾斜,則蠟燭的像在未點(diǎn)燃蠟燭的下方。

        6.測(cè)得蠟燭和像到玻璃板的距離不相等的可能原因:玻璃板較厚;玻璃板與水平桌面不垂直;未點(diǎn)燃的蠟燭與點(diǎn)燃蠟燭的像沒有完全重合;測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)存在誤差。

        7.對(duì)虛像的理解與觀察視角:人眼逆著反射光線看到的鏡后的像,是反射光線反向延長(zhǎng)線的交點(diǎn),沒有實(shí)際光線的會(huì)聚,是虛像,光屏不能承接。平面鏡成像是光的反射現(xiàn)象,在鏡前反射光線所在的區(qū)域可以觀察到物體的像,在鏡后無法觀察到物體的像,因?yàn)殓R后沒有反射光線進(jìn)入人眼。

        [能力提升]

        例1 (2023·湖南)如圖2甲所示是“探究平面鏡成像特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)的裝置,把一支點(diǎn)燃的蠟燭A放在玻璃板的前面,再拿另一支外形相同的蠟燭B豎立著在玻璃板后面移動(dòng),直到蠟燭B看上去跟蠟燭A的像完全重合,在白紙上標(biāo)記A和B的位置。移動(dòng)蠟燭A,重復(fù)多次以上實(shí)驗(yàn)。

        (1)選用玻璃板代替平面鏡,主要是為了_______ 。

        (2)實(shí)驗(yàn)中兩支蠟燭要完全一樣,目的是為了_______ 。

        (3)當(dāng)蠟燭A遠(yuǎn)離玻璃板時(shí),它的像的大小將_______(選填“變大”“變小”或“不變”)。

        (4)將蠟燭A豎直放在水平桌面上,點(diǎn)燃蠟燭觀察發(fā)現(xiàn):玻璃板中蠟燭A的像偏低且傾斜。你認(rèn)為在圖2乙所示的①、②、③三幅圖中,_______ 圖是產(chǎn)生以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因。

        解析:(1)玻璃板既能透光也可成像,容易確定像的位置,而平面鏡不透光,無法確定像的位置,所以選用玻璃板代替平面鏡。

        (2)選取兩支外形相同的蠟燭進(jìn)行實(shí)驗(yàn),目的是比較像與物的大小關(guān)系。

        (3)物體與像始終大小相等,當(dāng)蠟燭A遠(yuǎn)離玻璃板時(shí),它的像仍與A相等,像的大小不變。

        (4)實(shí)驗(yàn)時(shí)平面鏡必須豎直放置,如果不豎直,不論怎樣移動(dòng)后面的蠟燭,它都不可能與前面蠟燭的像完全重合。圖2乙中,圖①平面鏡豎直放置,不會(huì)出現(xiàn)像偏低的情況,圖②和圖③平面鏡沒有豎直放置,分別作出蠟燭A關(guān)于平面鏡的對(duì)稱點(diǎn)A',如圖3、圖4所示,發(fā)現(xiàn)圖4中蠟燭A的像偏低且傾斜,故③符合題意。

        答案:(1)確定像的位置 (2)比較像與物的大小關(guān)系 (3)不變 (4)③

        [綜合實(shí)踐]

        例2 (2022·山東·濟(jì)寧)在校園科技節(jié)活動(dòng)中,小明觀看了隔著玻璃吹蠟燭的魔術(shù)。表演者介紹如圖5中的道具后,旋轉(zhuǎn)平臺(tái),使玻璃板一側(cè)正對(duì)觀眾,分兩步完成了表演:①用兩個(gè)打火機(jī)同時(shí)“點(diǎn)燃”兩支蠟燭;②在玻璃板正對(duì)觀眾的一側(cè)吹A(chǔ)蠟燭。觀眾看到兩支蠟燭同時(shí)被“吹滅”。小明利用道具,和同學(xué)們一起探究其中的奧秘。

        (1)小明用兩個(gè)打火機(jī)同時(shí)點(diǎn)燃兩支蠟燭,然后模仿表演者吹A(chǔ)蠟燭,結(jié)果只吹滅了A蠟燭。和同學(xué)討論后,大家一致認(rèn)為:表演者在表演中只點(diǎn)燃了A蠟燭,B蠟燭并未被點(diǎn)燃。隨后,小明通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了他們的猜想,最終明白了其中的道理:B蠟燭并未被點(diǎn)燃,觀眾看到的是A蠟燭的燭焰通過玻璃板所成的_______。

        (2)小明經(jīng)過進(jìn)一步探究,發(fā)現(xiàn)了確保表演成功的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):

        ①兩支蠟燭的大小應(yīng)符合的要求是_______;

        ②玻璃板兩側(cè)的蠟燭,在放置位置上應(yīng)滿足的條件是_______。

        解析:(1)魔術(shù)中的玻璃板相當(dāng)于平面鏡,觀眾看到的是A蠟燭的燭焰通過玻璃板所成的虛像。

        (2)①平面鏡成像時(shí),像和物體的大小相等,因此兩支蠟燭的大小應(yīng)相同。? ? ②平面鏡成像時(shí),像和物體的連線垂直于鏡面,它們到鏡面的距離相等,因此玻璃板兩側(cè)的蠟燭,在放置位置上應(yīng)滿足的條件是到玻璃板的距離相等,且連線垂直于玻璃板。

        答案:(1)虛像? ? (2)①大小相同? ? ②到玻璃板的距離相等,且連線垂直于玻璃板

        (作者單位:山東省薛城區(qū)教學(xué)研究中心)

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