平面鏡成像實驗的改進設計

(安徽省宣城市第二小學,安徽 宣城 242000)

平面鏡成像原理是以光的直線傳播和光的反射為基礎，是這兩知識點的實際應用；平面鏡成像實驗是繼小孔成像實驗后，學生首次完整研究“像”的性質。本實驗所用的研究方法和思路為后面研究凸透鏡成像奠定了基礎，具有承上啟下的作用，因此“平面鏡成像特點”是光現象的重點實驗，在整個光學教學中占有十分重要的地位。

探究平面鏡成像的實驗為學生總結和理解平面鏡成像的特點，提供了豐富的感性認識，是培養學生重視實驗和歸納、提高學生學習能力的好素材，也為今后的探究實驗教學作了必要的準備。

1 教材實驗設計及不足

1.1 實驗設計

圖1

人教版教材中實驗設計如下：如圖1所示，在桌面上鋪一張白紙，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A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、但不點燃的蠟燭B，豎立著在玻璃板后面移動，直到看上去它跟前面那支蠟燭A的像完全重合，這個位置就是前面那支蠟燭A的像的位置。(1) 在紙上記下這兩個位置時，實驗時注意觀察蠟燭B的大小和A的像的大小是否相同？(2) 移動點燃的蠟燭A，重做實驗。(3) 用直線把蠟燭和它的像在紙上的位置連起來，并用刻度尺分別測量它們到玻璃板的距離。

1.2 不足之處

平面鏡成像實驗成功的關鍵在于：平面鏡要與桌面垂直、兩支蠟燭要完全相同，蠟燭要與桌面垂直，在確定物體及其在平面鏡中成虛像的位置(最難的是確定虛像的位置)時，教材上用透明的玻璃板代替平面鏡，確定虛像的位置，采用了等效替代重合法，存在以下不足：

(1) 新蠟燭可能會高于玻璃板，做實驗前還要截斷，上一段蠟燭底面難與桌面垂直，下一段蠟燭不易點燃，還要選擇兩段截斷后等長的蠟燭。蠟燭燃燒一段時間后，兩支蠟燭的長度不同，蠟燭燃燒時蠟油滴落凝固，會改變蠟燭的形狀，導致兩支蠟燭的外形不同，所以下一次做實驗時很難找到兩支完全相同的蠟燭。

(2) 蠟燭燃燒會產生異味，為了保持蠟燭火焰的穩定，要關閉門窗，會導致實驗室的環境污濁。

(3) 蠟燭是易耗品，由于生產生活中需求量很少，市場采購較難。妥善保存也難，在氣溫較高的環境下，蠟燭容易變形彎曲。

(4) 因透明的玻璃板是有厚度的，經玻璃杯的前后表面分別反射成兩個像，所以會導致出現重影的現象，難以準確確定像的位置。

(5) 蠟燭成像時，火焰的亮度很大，但是蠟燭自身成像的亮度很弱，有時會看不清，即使在較暗的環境中，操作也有一定的難度。

(6) 蠟燭它是一個立體物體，怎樣把蠟燭和它像的位置精確成“點”，有點難，操作不當，會影響像與物到平面鏡的距離，以及像與物的連線是否與平面鏡垂直。

2 實驗改進與特點

(1) 器材與組裝

準備化妝鏡、票據夾(或長尾夾)和紙杯，確定紙杯底的中心，并用筆戳個小孔。

在桌面上鋪一張白紙，用筆和刻度尺在紙上畫一條直線，用票據夾夾住一塊化妝鏡豎立在白紙上作為平面鏡，涂水銀的面與直線重合，代表平面鏡的位置，調節票據夾,使化妝鏡與桌面垂直。

(2) 確定像的位置

圖2

把一只紙杯A放在化妝鏡的前面，可以看到它在化妝鏡后面的像。再拿另一只紙杯B，豎立在化妝鏡后面，前后、左右移動，直到分別從紙杯A的左側和右側觀察，紙杯B未被化妝鏡遮擋的部分已與紙杯A在鏡中成的像，形成無偏差對接、組合成一個完整“線條順暢”的紙杯形象(如圖2)，此時紙杯B的位置即為紙杯A的像的位置。分別用筆戳一下紙杯A和B杯底小孔，在紙上記下這兩個位置。

(3) 比較像與物的大小關系

從化妝鏡的上方和下方，可以看到紙杯A在鏡中成的像與紙杯B未被化妝鏡遮擋部分無偏差對接，組合成一個完整“線條順暢”的紙杯，所以此現象可驗證平面鏡成等大的像。

(4) 探究像物與平面鏡的位置關系

用直線把物和像在紙上的位置連起來，并用刻度尺分別測量他們到直線(化妝鏡)的距離，借助直角三角板來判斷像與物的連線是否與直線(化妝鏡)垂直。

(5) 改進實驗的特點

① 取材方便，紙杯、化妝鏡、票據夾容易購置,因為是日常用品，有的學生家里就有現成的，學生在家也能做這個實驗。

② 實驗器材可重復使用，易保存，只消耗一些白紙。

③ 實驗環境較寬泛，可開門窗，有利于學生健康。

④ 利用化妝鏡替換透明玻璃板成像更清晰明亮，巧妙解決了兩個面成像導致重影的問題，像的位置確定更準確，突破了教學的難點，學生更容易接受。

⑤ 通過事先用筆在兩紙杯底中心戳個小孔，使得物像位置確定更方便、精準。

(6) 實驗注意事項

① 確定紙杯底的中心要精準，記錄紙杯位置時，筆要垂直于桌面方向通過杯底孔戳下去。

② 化妝鏡高約為紙杯的一半為宜，豎立在白紙上作為平面鏡，涂水銀的面應與直線重合，代表平面鏡的位置，要調節票據夾，使化妝鏡與桌面垂直。

③ 要耐心地微調整紙杯B，使其未被化妝鏡遮擋的部分應與紙杯A在鏡中成的像無偏差對接，這時紙杯B的位置即為紙杯A的像的位置。

3 結語

該實驗改進了原實驗的不足，取材方便，可改為學生家庭實驗。在課堂教學中，學生實驗成功率高，實驗效果較好。