重視物理實驗中“異常”現象的發現和追蹤

物理實驗過程中，可能會出現與預期不一致的“異常”現象，這是極好的動態生成的教學資源，教師應引導學生提出并清晰表達自己的觀點，談談“異常”現象的成因。讓學生在真實的問題情境中進行探究，這樣不僅能培養學生的問題意識，促進其對物理知識的掌握，而且能有效培養學生的實驗探究能力，甚至提出新的、富有創造性的實驗思路。如在上凸透鏡成像實驗課時，有一個學生問：“老師，我的凸透鏡怎么會同時成一正（立）一倒（立）的兩個像？”當時教師也感到十分意外，走過去一看才明白——原來這位學生是在蠟燭的同側觀察凸透鏡鏡面時，看到了兩個像（因為在做該實驗時，往往要求學生透過凸透鏡觀察成像情況，即在蠟燭的異側進行觀察，而他是由于實驗結束后，正準備整理器材時，無意中發現了該現象）。受他的啟發和影響，許多同學也進行了同樣的實驗，通過觀察發現：在蠟燭同側的鏡面上不只是成一正一倒的兩個像，而

是成一正兩倒的三個像（如圖1）。這種“異常”現象，讓學生覺得十分驚奇，

圖1同時也感到十分困惑，紛紛要求教師解釋。此時，教師沒必要直接告訴學生成像的原因，而應讓他們思考：在凸透鏡成像實驗中，像是在蠟燭的異側觀察得到的，那么該像是光的反射成像，還是折射成像？現在的三個像是在蠟燭的同側觀察到的，這些像又是怎樣形成的？（學生略一思考都能回答）再進一步追問：成這三個像所需的反射面在哪里？（學生亦能找出是凸透鏡的前后兩個球面）這時又有學生問：兩個反射面只能成兩個像，為何能看到三個像呢？這時下課鈴聲響了，于是，向學生布置了課外作業：大家若想弄清其中成像的奧秘，請課后上網查閱有關凸面鏡和凹面鏡的成像知識！

針對上述實驗“異常”現象，想要解釋個中原因，首先要了解凹面鏡和凸面鏡（統稱為球面鏡）的成像原理。我們知道，在球面鏡中有四條特殊光線，即（1）平行于主軸的光線經球面鏡反射后會聚于凹面鏡的焦點（或反向延長后交于凸面鏡的虛焦點）；（2）“過焦點”的光線經球面鏡反射后平行于主軸；（3）過球面中心的光線經球面鏡反射后沿原路返回；（4）從頂點入射的光線與其反射光線關于主軸對稱。因此，可以利用這四條光線中的任意兩條來作圖，得到球面鏡的成像情況。（在以下各圖中，C為球面鏡的球心，F為球面鏡的焦點，r為球面半徑，f為焦距，u為物距。）

凸面鏡成像（如圖2）：物體所成的像始終在鏡后焦點內，為正立縮小的虛像；物體越接近鏡面，像也會越接近鏡面，且越大。

凹面鏡成像：由于它的成像情況要比凸面鏡復雜得多，這里按物體到凹面鏡的距離由近及遠分為五種情況進行畫圖分析。

第一種情況（如圖3）：當物體位于焦點和鏡面之間（即u

第二種情況（如圖4）：當物體位于凹面鏡的焦點處（即u=f）時，物體成像于無窮遠處。

第三種情況（如圖5）：當物體位于凹面鏡的焦點和球心之間（即f

第四種情況（如圖6）：當物體位于凹面鏡的球心處（即u=r）時，則在球心處成倒立等大的實像。

第五種情況（如圖7）：當物體位于凹面鏡的球心之外（即u>r）時，則在球心與焦點之間成倒立縮小的實像。

在上述球面鏡成像規律中，不難發現：凸面鏡的成像規律與凹透鏡類似，凹面鏡的成像規律則與凸透鏡類似，它們之間的主要區別是：球面鏡是反射成像，而透鏡則是折射成像。

現在我們再來分析兩個反射面為何會成三個像？當燭焰放在凸透鏡前，人在燭焰的同側對著凸透鏡鏡面觀察時，則人在鏡面上所看到的像是由光的反射所形成的。其中，凸透鏡的前球面（相當于一個凸面鏡）成一個正立縮小虛像①

（如圖8）；凸透鏡的后球面（相當于一個凹面鏡）成一個倒立實像②，而實像②（相當于物體）又經凸透鏡的前球面再次成像（由于物體是倒立的，所以凸面鏡所成的虛像也是倒立的），這就是我們所看到的像③（較像②要小一些），但像③是一個倒立虛像。當然，由球面鏡成像原理可知：上述這種“一正兩倒”的成像情形，燭焰須位于凸透鏡后球面的焦點以外，如果燭焰位于凸透鏡后球面的焦點以內，則會觀察到兩個正立的像，其中一個是放大的虛像（由后球面形成），另一個是縮小的虛像（由前球面形成）。

在物理實驗教學中，要關注預設性和生成性教學目標的有效融合，充分發揮“異常”實驗現象的教學功能，以提高實驗探究的開放性和有效性。同時，這樣的教學處理不僅體現了新課程理念，更能有效培養學生的創新能力，也便于增進他們對物理概念和規律的理解。

（責任編輯 易志毅）