“探究平面鏡成像特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)問(wèn)題解讀

魏張信　邢海根

摘 要：在平面鏡成像實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，一方面受到前概念的影響，另一方面由于儲(chǔ)備的實(shí)驗(yàn)方法有限，學(xué)生如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)如何操作及掌握實(shí)驗(yàn)的技巧還存在許多不足。如何有效解答學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題值得廣大教師思考。本文解讀了探究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)的相關(guān)問(wèn)題，尤其是與中考相關(guān)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：探究；平面鏡成像；實(shí)驗(yàn)；問(wèn)題解讀

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

1 實(shí)驗(yàn)器材

問(wèn)題一：實(shí)驗(yàn)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(wèn)題二：透明的玻璃板成像不如平面鏡清晰，在實(shí)驗(yàn)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(shí)還能看到并找到像位置的另一個(gè)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(lái)說(shuō)，采用透明的玻璃板的主要作用是：便于確定像的位置。

問(wèn)題三：為什么要采用兩個(gè)完全相同的蠟燭（或棋子）？

【解讀】 實(shí)驗(yàn)時(shí)采用兩個(gè)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(shí)，后面蠟燭的位置即像的位置，這樣可以確定像的位置，同時(shí)也可以比較物像大小關(guān)系。就其主要原因，用兩個(gè)相同的蠟燭（或棋子），主要是便于比較物像大小關(guān)系。

問(wèn)題四：實(shí)驗(yàn)中刻度尺的作用是什么？沒(méi)有刻度尺能做這個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎？

【解讀】 用刻度尺測(cè)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(méi)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(duì)稱，也可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題五：為什么實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(lái)測(cè)量像與物到鏡面距離的大小。

問(wèn)題六：沒(méi)有白紙或方格紙能做實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題七：實(shí)驗(yàn)中為什么要用光屏呢？

【解讀】 光屏可以驗(yàn)證是實(shí)像還是虛像。實(shí)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(shuō)明平面鏡成虛像。

問(wèn)題八：支架在實(shí)驗(yàn)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(wèn)題十：怎樣確保透明的玻璃板與桌面垂直呢？

【解讀】 一般來(lái)說(shuō)，支架與水平桌面是垂直的，但有時(shí)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(shí)可以利用直角三角板調(diào)整薄玻璃板與桌面垂直。

問(wèn)題十一：實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(shí)用手移動(dòng)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(shuō)明兩者大小相等，否則，像與物大小不相等。

問(wèn)題十二：實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)的位置，經(jīng)過(guò)三次實(shí)驗(yàn)后，利用刻度尺，連接像與物的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，并進(jìn)行比較、歸納。如果每次實(shí)驗(yàn)都有像與物的對(duì)應(yīng)點(diǎn)到鏡面的距離相等，便可得到結(jié)論。

問(wèn)題十三：實(shí)驗(yàn)中為什么要改變蠟燭的位置，進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)與測(cè)量呢？

【解讀】 一次實(shí)驗(yàn)不具備代表性，應(yīng)采取同樣的實(shí)驗(yàn)方案多做幾次，避免實(shí)驗(yàn)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(wèn)題十四：實(shí)驗(yàn)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(gè)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(wú)像，則說(shuō)明平面鏡所成的像是虛像。

3 實(shí)驗(yàn)反思

問(wèn)題十五：玻璃板為什么越薄越好？

【解讀】 玻璃板有兩個(gè)反射面，兩個(gè)反射面都能成像。當(dāng)玻璃板比較厚時(shí)，兩個(gè)反射面成像距離比較遠(yuǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的兩個(gè)像，使實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜；當(dāng)玻璃板比較薄時(shí)，兩個(gè)反射面成像距離比較近，可以近似看成一個(gè)像，使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化；像的位置用蠟燭B與蠟燭A的像重合來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)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(wèn)題十六：為什么實(shí)驗(yàn)要在較暗的環(huán)境中做比較好呢？

【解讀】 物體射出的光線對(duì)人眼刺激越強(qiáng)，人眼感覺(jué)物體越亮，物體經(jīng)過(guò)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(duì)眼睛有刺激，干擾人的視線；在實(shí)驗(yàn)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(wèn)題十七：為什么用茶色的玻璃板比無(wú)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(duì)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(wèn)題十八：為什么用其中一面鍍了膜的玻璃板做實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(wèn)題十九：為什么后方的蠟燭不點(diǎn)燃呢？

【解讀】 后方的蠟燭若也點(diǎn)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(huì)更不清晰；最主要是無(wú)法區(qū)分像和玻璃板后面的蠟燭。

問(wèn)題二十：實(shí)驗(yàn)過(guò)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(gè)反射面，都會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，反射光線的反向延長(zhǎng)線都會(huì)會(huì)聚成像，玻璃板越厚，兩個(gè)像距離越遠(yuǎn)，兩個(gè)像越清晰；因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)需采用很薄的玻璃板，使兩個(gè)反射面成的像幾乎重合，使實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單化。

問(wèn)題二十一：為什么有時(shí)無(wú)論怎樣在水平桌面上移動(dòng)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(shí)，根據(jù)像與物對(duì)稱的原理可知，A的像比桌面偏高或偏低，所以怎么移動(dòng)B蠟燭都不可能與A的像完全重合；另外，選取實(shí)驗(yàn)器材的粗心或?qū)嶒?yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致兩只蠟燭長(zhǎng)短不同時(shí)，也會(huì)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(wèn)題二十二：為什么實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)，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(jué)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(shí)飛機(jī)的大小是不變的，同理，像的大小也是不變的。

問(wèn)題二十三：為什么有的同學(xué)測(cè)量是正確的，測(cè)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(cè)量所選的鏡面錯(cuò)了；它最有可能前者是測(cè)量蠟燭到玻璃板后表面的距離，后者也是測(cè)量像到玻璃板后方的距離。

問(wèn)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(cuò)誤的，用光屏來(lái)驗(yàn)證是虛像還是實(shí)像，不能透過(guò)光學(xué)器具來(lái)觀察，因?yàn)橥高^(guò)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(guò)光學(xué)器具來(lái)觀察。

問(wèn)題二十五：在實(shí)驗(yàn)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(gè)物理量的大小相等，在測(cè)量時(shí)用一者代替另一者，這種方法叫等效替代法。未點(diǎn)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(wèn)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(gè)面也能成像，故鏡中的蠟燭與像之間有一小段距離。

問(wèn)題二十七：如圖4所示，有的同學(xué)用方格紙或白紙做實(shí)驗(yàn)，沿著鏡面所在的位置對(duì)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(diǎn)又可怎樣表述呢？

【解讀】 平面鏡成的像與物體關(guān)于鏡面對(duì)稱。

參考文獻(xiàn)：

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（欄目編輯 王柏廬）