平面鏡成像實驗的改進與創新

張宏生 潘建偉

（西藏自治區人民政府駐格爾木辦事處中學 青海格爾木 816099）

探究平面鏡成像特點實驗是初中學生接觸到物理學科之后的一次重要的實驗探究活動，對于培養學生良好的實驗習慣、學習態度有重要的引領作用，需要老師細心的指導、點撥，讓學生了解實驗的基本流程，掌握基本的實驗方法。[1]

一、人眼看到平面鏡成像的原因

我們說人眼要看到某個物體，必須滿足這個物體發出的光（或反射的光）進入人眼這個條件才行。如圖A所示，蠟燭發出的光線射入人眼，人就看到了蠟燭。那么人是如何看到蠟燭通過平面鏡所成的虛像的呢？如圖B所示，以從蠟燭上A點發出的兩條光線為例，他們經平面鏡反射后變成發散光線射入人眼，人眼根據“光沿直線傳播”的經驗，感覺光線是從這兩條反射光線的反向延長線的會聚點A’點射過來進入人眼的。綜上所述，蠟燭通過平面鏡所成的像上并沒有光發出，我們所看到的像是由射入人眼的反射光線的反向延長線的交點引起的視覺感受，并非實際光線會聚而成，所以平面鏡成像是由于光的反射，所成像為虛像。

圖A

圖B

二、目前高中物理平面鏡成像教學中的問題

綜合對比各版本教材的實驗設計發現：教材均選取蠟燭作為成像物體，用玻璃板替代平面鏡。現以初中物理人教版教材（2012版）八年級上冊第四章第三節“探究平面鏡成像的特點”的實驗為例，教材敘述如下：如圖1所示在桌面上鋪一張大紙，紙上豎立一塊玻璃板作為平面鏡。沿著玻璃板在紙上畫一條直線，代表平面鏡的位置。把一支點燃的蠟燭放在玻璃板的前面，可以看到它在玻璃板后面的像。再拿一支外形相同但沒有點燃的蠟燭，豎立著在玻璃板后面移動，直到看上去它跟前面那支蠟燭的像完全重合。這個位置就是前面那支蠟燭的像的位置。

雖然操作簡單，但在實驗過程中因操作上的缺陷與誤差及實驗器材本身的局限性，實驗效果并不理想。許多學生在定位平面鏡所形成的圖像的位置時遇到了問題：在實驗過程中，學生用筆記下像和物在白紙上的位置通常是幾組圓圈或者幾組物體的輪廓，不容易確定物體和像在白紙上的具體位置，不方便比較像距與物距的大小關系。

三、平面鏡成像試驗的改進與創新

在平面鏡成像實驗中，如何確定像的位置，是學生學習中的難點。要確定像的位置，需要既能看到平面鏡中的像，又要能看到平面鏡后的實物，故應選用平板玻璃作為實驗器材。但是如果由老師進行單純地講授，對學生來說門檻還是太高，不符合學生的認知水平。在一次公開課活動中，有兩位老師分別采用了不同的引入方法，成功地化解了這個難題。[2]

改進一：以魔術視頻“澆不滅的蠟燭”引入，設疑：怎樣破解魔術呢？提供的器材是：玻璃杯、平面鏡、透明玻璃板、茶色玻璃板、蠟燭、火柴。[3]

學生們討論后，上臺演示。一開始，學生將水杯放在了平面鏡之前，發現無法演示魔術，后來經小組討論后，將平面鏡換成了茶色玻璃，水杯仍然在茶色玻璃前，還是不能演示。

同學們也加入了熱烈的討論之中，經過臺上小組討論，臺下同學的提示，嘗試將燒杯放在茶色玻璃板之后，成功地演示了魔術。

此時追問：為什么不用平面鏡？

答：用平面鏡無法找到像的位置。

問：為什么不用透明玻璃板？

答：用透明玻璃板成的像看不太清楚，所以選擇了茶色玻璃。

問：杯子的位置要放在哪里，魔術才能成功？

答：應放置在玻璃板后面，蠟燭像的位置上。

總結：這種探究實驗的方法被稱為等效替代法。通過巧妙的實驗構思，可以引導學生大膽嘗試，破解魔術的奧秘，激起了學生探究新知的欲望，無形中讓學生了解等效替代的實驗方法，為后續成功地進行平面鏡成像的實驗探究打下了基礎。

改進二：展示出兩個大小相同的三角形。

問：怎樣方便地比較三角形的大小是否一致？

答：可以將兩個三角形合在一起，看看是否完全重合。

問：我們在探究平面鏡中的成像情況時也可采用這種方法，需要幾個小紅旗？

答：兩個。

問：分別起什么作用？

答：把其中一個小紅旗放在鏡前，可以在鏡中觀察到小紅旗的像，把另一個等大的小紅旗放在鏡后小紅旗像的位置，如果兩者重合，就可以說明虛像和實物是等大的。

這里設計實物“比大小”的學習環節，可以使學生一下子明白了實驗器材中提供兩個小紅旗的目的，同時暗示用等效替代法解決問題。

改進三：提問：怎樣找到像的位置呢？

在實驗桌上，平面鏡前已經放置了一個啤酒罐，學生能夠清楚地看到它在平面鏡中所成的像，這時教師讓學生在平面鏡前用另外一個相同的啤酒罐來找到像的位置，比較像和物的大小，學生經過嘗試后發現：如果拿掉物體，像也消失了，用另外一個啤酒罐在平面鏡前后都無法找到像的位置。這里引發了學生的思考、小組內學生激烈討論。

此時提問：怎樣才能找到像的位置呢？請各小組同學思考討論。

答：小組經過討論后，得出結論。要找到像的位置，需要用玻璃板做實驗。

換上玻璃板，學生演示實驗成功。

在這里采用了不同的方法引發學生思考，最后成功地突破難點，找到了像的位置。他們以提問的形式，引發學生思考，在對比了平面鏡跟玻璃板之后，最終學生都選擇了玻璃板進行實驗，然后又繼續通過嘗試，只有將等大的物體放到玻璃板之后，人站在玻璃板之前觀察，才能繼續完成平面鏡成像的實驗，為后面探究成像的性質打下了基礎。

結語

綜上所述，經過改進后的實驗流程，省去了傳統實驗中繁瑣的實驗準備，同時有效降低了實驗過程中存在的一些安全隱患，并且通過多種途徑使得學生們更加深入的體會到了物理學試驗的探究過程，滿足了他們的成就感和自我激勵感，激發了學生學習物理的興趣，有效的提高了教學質量。