摘" "要：在中學(xué)探究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)時(shí)采用的傳統(tǒng)器材在某些方面有待改進(jìn)，為此，利用亞克力板取代玻璃板，引入扭矩和磁吸設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)360度任意停，突破傳統(tǒng)儀器對物像關(guān)系探究的局限，使學(xué)生對物像關(guān)系更加立體化，磁吸小人偶動(dòng)作可以自行改變，將鏡面對稱與軸對稱區(qū)分開，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性，同時(shí)解決了蠟燭的不安全性。利用情境教學(xué)，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維，從而增強(qiáng)學(xué)生樹立物理來源于生活的觀念。通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：平面鏡成像；立體；鏡面對稱

引言

利用薄玻璃板，蠟燭探究平面鏡成像特點(diǎn)仍存在一定的缺陷。例如：使用薄玻璃板消除了重影，便于確定像的位置，不足之處在于易碎，只能探究水平方向上的物像關(guān)系，不能探究豎直方向的物像關(guān)系。雖然能利用坐標(biāo)紙更方便快捷地探究物與像的等大關(guān)系、等距關(guān)系[ 1 ]，但等大、等距關(guān)系并不足以說明鏡面對稱特點(diǎn)，為此，筆者采用亞克力板設(shè)計(jì)一款“平面鏡成像儀”并用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，更全面地探究平面鏡成像特點(diǎn)。

1" 準(zhǔn)備材料

2塊木板、1塊亞克力板、2個(gè)底部帶磁鐵的小人偶、2對金屬扭矩、2塊鐵皮、2只底部帶磁條的小黃鴨模具、1把角度尺。

2" 外觀及結(jié)構(gòu)說明

2.1" 儀器外觀如圖1所示。

2.2" 儀器結(jié)構(gòu)說明

平面鏡成像儀的結(jié)構(gòu)如圖2所示，具體說明如下：

（1）當(dāng)兩邊底板平放于桌面時(shí)，利用角度尺將平面鏡調(diào)整到與底板垂直的位置，此時(shí)與傳統(tǒng)的平面鏡成像儀功能一致。

（2）當(dāng)調(diào)整平面鏡與某一邊底板的夾成60度時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)成像的位置，無法在另一塊底板上找到，必須將另一底板與平面鏡的夾角也進(jìn)行調(diào)整，才能使物、像重新重合。

3" 制作說明

3.1" 裝置的截剪

（1）裁剪240 mm × 220 mm × 0.5 mm.鐵皮兩片。

（2）割鋸280 mm × 220 mm × 10 mm.木板兩片。

在木板的窄邊上開個(gè)長方形的槽（160 mm × 15 mm）用于安裝扭矩。

（3）裁剪200 mm × 200 mm × 2 mm，亞克力半透鏡一片，同時(shí)在左右上角裁一個(gè)長方形，形成一個(gè)凸起的形狀。

3.2" 制作步驟

（1）用玻璃膠將2塊平整的鐵皮分別固定于2塊木板未開槽的那端。

（2）取一小木條（200 mm × 10 mm × 5 mm）用玻璃膠玻將裁剪過的亞克力半透鏡凸起的邊對準(zhǔn)木條的中央固定住，同時(shí)在木條的雙邊各鉆2個(gè)3 mm的圓孔，用于安裝扭矩。

（3）將大號0.5 N·M一對阻尼鉸鏈扭矩把矩安裝于兩片木板之間，將一對同邊0.15N·M扭矩安裝于木條與木板之間。

（4）用玻璃膠將圓形強(qiáng)力磁鐵（直徑8 mm厚3 mm） 貼于積木人偶底部。

3.3" 注意事項(xiàng)

（1）在使用玻璃膠過程中應(yīng)保持木板與鐵皮的平整性，木條與亞克力板的平整性，否則對最終的物、像研究有影響。

（2）安裝扭矩時(shí)要注意型號等，最終的模具要實(shí)現(xiàn)360度任意停。

4" 儀器結(jié)構(gòu)備選方案分析[ 2 ]

備選方案1

在選用鐵皮時(shí)，直接用3D鉆孔的厚鐵片，無需木板作為底板。優(yōu)點(diǎn)為：制作簡單，成本低。不足之處：器材笨重，在搬運(yùn)過程中扭矩的螺母容易松動(dòng)。

備選方案2

在選用鐵皮時(shí)直接用3D鉆孔的鐵皮，無需木板作為底板，但扭矩的螺母有一定厚度，因此用一塊中間帶凹槽的木板放置于桌面上，用于探究將物體與平面鏡垂直放置時(shí)的物像關(guān)系。優(yōu)點(diǎn)：制作簡單，探究立體關(guān)系時(shí)輕便。不足之處：器材分離，在準(zhǔn)備學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)麻煩。

5" 改進(jìn)優(yōu)勢及應(yīng)用

5.1" 改進(jìn)優(yōu)勢

（1）創(chuàng)新并改進(jìn)課堂實(shí)驗(yàn)，可開展\"實(shí)際\"探究實(shí)驗(yàn)。借助小黃鴨模具顯示\"門前大橋下游過一群鴨\" 的模擬情境（如圖3），利用情境教學(xué)，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維，從而增強(qiáng)學(xué)生樹立物理來源于生活的觀念。

（2）亞克力半透鏡取代傳統(tǒng)玻璃制半透鏡。

（3）阻尼鉸鏈扭矩實(shí)現(xiàn)360度任意停，突破傳統(tǒng)儀器對物像關(guān)系探究的局限，使學(xué)生對物像關(guān)系更加立體化。

（4）磁吸小人偶動(dòng)作可以自行改變，將鏡面對稱與軸對稱區(qū)分開，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性同時(shí)解決了蠟燭的不安全性。

（5）坐標(biāo)紙與角度尺的引入使實(shí)驗(yàn)探究數(shù)據(jù)更加直觀準(zhǔn)確。

5.2" 教學(xué)應(yīng)用

（1）結(jié)合激光筆、補(bǔ)水儀觀察入射光線在半透鏡處發(fā)生反射的兩條光路，突破平面鏡所成的像是虛像的難點(diǎn)。

（2）利用“平面鏡成像儀”分組探究平面成像規(guī)律，其實(shí)驗(yàn)步驟如下：

[傳統(tǒng)平面探究]

①將底板展開放置于桌面上，借助角度尺，將亞克力半透鏡垂直于底板。

②將坐標(biāo)紙穿過中間的凹槽平鋪于兩邊底板上。

③將磁吸人偶放置于一邊的坐標(biāo)紙上，并標(biāo)記位置，調(diào)整一個(gè)姿勢（右手舉起）用另一個(gè)磁吸人偶在半透鏡的另一側(cè)去找到與像重合的點(diǎn)位并標(biāo)記位置，同時(shí)調(diào)整人偶姿勢。

④改變?nèi)伺嫉奈恢?，多次?shí)驗(yàn)并記錄。

[立體探究]

①借助角度尺，調(diào)整亞克力半透鏡與底板的夾角至60度。

②翻轉(zhuǎn)另一邊的底板，致使物像重新重合。

③用角度尺測出亞克力半透鏡與另一邊底板的夾角。

④改變夾角多次實(shí)驗(yàn)并記錄數(shù)據(jù)。

⑤結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)出平面鏡成像特點(diǎn)。

綜上所述，結(jié)合“平面鏡成像儀”設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)方案，可以讓學(xué)生經(jīng)歷從觀察生活情境到對物理問題的思考，進(jìn)而經(jīng)歷平面鏡成像科學(xué)探究過程，了解平面鏡成像特點(diǎn)，突破鏡面對稱的難點(diǎn)。

學(xué)生經(jīng)歷了從傳統(tǒng)平面探究到立體探究，這一過程不僅訓(xùn)練了學(xué)生建立模型的能力，同時(shí)提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 黃葛鴻.“手持式光路顯示議”的制作及應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2019（5）：51-53.

［2］ 周伯文.“平面鏡成像”實(shí)驗(yàn)探究性教學(xué)[J].黑龍江科學(xué)，2017（2）：36-37.