平面镜成像实验的改进与创新

2018-04-13张宏生潘建伟

新教育时代电子杂志(学生版) 2018年48期

张宏生潘建伟

（西藏自治区人民政府驻格尔木办事处中学青海格尔木 816099）

探究平面镜成像特点实验是初中学生接触到物理学科之后的一次重要的实验探究活动，对于培养学生良好的实验习惯、学习态度有重要的引领作用，需要老师细心的指导、点拨，让学生了解实验的基本流程，掌握基本的实验方法。[1]

一、人眼看到平面镜成像的原因

我们说人眼要看到某个物体，必须满足这个物体发出的光（或反射的光）进入人眼这个条件才行。如图A所示，蜡烛发出的光线射入人眼，人就看到了蜡烛。那么人是如何看到蜡烛通过平面镜所成的虚像的呢？如图B所示，以从蜡烛上A点发出的两条光线为例，他们经平面镜反射后变成发散光线射入人眼，人眼根据“光沿直线传播”的经验，感觉光线是从这两条反射光线的反向延长线的会聚点A’点射过来进入人眼的。综上所述，蜡烛通过平面镜所成的像上并没有光发出，我们所看到的像是由射入人眼的反射光线的反向延长线的交点引起的视觉感受，并非实际光线会聚而成，所以平面镜成像是由于光的反射，所成像为虚像。

图A

图B

二、目前高中物理平面镜成像教学中的问题

综合对比各版本教材的实验设计发现：教材均选取蜡烛作为成像物体，用玻璃板替代平面镜。现以初中物理人教版教材（2012版）八年级上册第四章第三节“探究平面镜成像的特点”的实验为例，教材叙述如下：如图1所示在桌面上铺一张大纸，纸上竖立一块玻璃板作为平面镜。沿着玻璃板在纸上画一条直线，代表平面镜的位置。把一支点燃的蜡烛放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。再拿一支外形相同但没有点燃的蜡烛，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完全重合。这个位置就是前面那支蜡烛的像的位置。

虽然操作简单，但在实验过程中因操作上的缺陷与误差及实验器材本身的局限性，实验效果并不理想。许多学生在定位平面镜所形成的图像的位置时遇到了问题：在实验过程中，学生用笔记下像和物在白纸上的位置通常是几组圆圈或者几组物体的轮廓，不容易确定物体和像在白纸上的具体位置，不方便比较像距与物距的大小关系。

三、平面镜成像试验的改进与创新

在平面镜成像实验中，如何确定像的位置，是学生学习中的难点。要确定像的位置，需要既能看到平面镜中的像，又要能看到平面镜后的实物，故应选用平板玻璃作为实验器材。但是如果由老师进行单纯地讲授，对学生来说门槛还是太高，不符合学生的认知水平。在一次公开课活动中，有两位老师分别采用了不同的引入方法，成功地化解了这个难题。[2]

改进一：以魔术视频“浇不灭的蜡烛”引入，设疑：怎样破解魔术呢？提供的器材是：玻璃杯、平面镜、透明玻璃板、茶色玻璃板、蜡烛、火柴。[3]

学生们讨论后，上台演示。一开始，学生将水杯放在了平面镜之前，发现无法演示魔术，后来经小组讨论后，将平面镜换成了茶色玻璃，水杯仍然在茶色玻璃前，还是不能演示。

同学们也加入了热烈的讨论之中，经过台上小组讨论，台下同学的提示，尝试将烧杯放在茶色玻璃板之后，成功地演示了魔术。

此时追问：为什么不用平面镜？

答：用平面镜无法找到像的位置。

问：为什么不用透明玻璃板？

答：用透明玻璃板成的像看不太清楚，所以选择了茶色玻璃。

问：杯子的位置要放在哪里，魔术才能成功？

答：应放置在玻璃板后面，蜡烛像的位置上。

总结：这种探究实验的方法被称为等效替代法。通过巧妙的实验构思，可以引导学生大胆尝试，破解魔术的奥秘，激起了学生探究新知的欲望，无形中让学生了解等效替代的实验方法，为后续成功地进行平面镜成像的实验探究打下了基础。

改进二：展示出两个大小相同的三角形。

问：怎样方便地比较三角形的大小是否一致？

答：可以将两个三角形合在一起，看看是否完全重合。

问：我们在探究平面镜中的成像情况时也可采用这种方法，需要几个小红旗？

答：两个。

问：分别起什么作用？

答：把其中一个小红旗放在镜前，可以在镜中观察到小红旗的像，把另一个等大的小红旗放在镜后小红旗像的位置，如果两者重合，就可以说明虚像和实物是等大的。

这里设计实物“比大小”的学习环节，可以使学生一下子明白了实验器材中提供两个小红旗的目的，同时暗示用等效替代法解决问题。

改进三：提问：怎样找到像的位置呢？

在实验桌上，平面镜前已经放置了一个啤酒罐，学生能够清楚地看到它在平面镜中所成的像，这时教师让学生在平面镜前用另外一个相同的啤酒罐来找到像的位置，比较像和物的大小，学生经过尝试后发现：如果拿掉物体，像也消失了，用另外一个啤酒罐在平面镜前后都无法找到像的位置。这里引发了学生的思考、小组内学生激烈讨论。

此时提问：怎样才能找到像的位置呢？请各小组同学思考讨论。

答：小组经过讨论后，得出结论。要找到像的位置，需要用玻璃板做实验。

换上玻璃板，学生演示实验成功。

在这里采用了不同的方法引发学生思考，最后成功地突破难点，找到了像的位置。他们以提问的形式，引发学生思考，在对比了平面镜跟玻璃板之后，最终学生都选择了玻璃板进行实验，然后又继续通过尝试，只有将等大的物体放到玻璃板之后，人站在玻璃板之前观察，才能继续完成平面镜成像的实验，为后面探究成像的性质打下了基础。