“平面鏡成像”實驗改進與教學

劉家勛

摘 要：平面鏡成像是初中光學反射現象中的重要內容，在生產和生活中有廣泛的應用，本文從平面鏡成像教學思考和實驗中存在的問題進行了深入剖析，然后提出實驗改進方案，利用改進方案對實驗教學做詳細闡述，符合學生的認知規律，也能培養學生的物理思維.

關鍵詞：平面鏡成像; 等效替代; 實驗創新;教學策略

文章編號：1008-4134（2020）06-0024 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

1 實驗教學中的思考

人教版和粵滬版物理教材上在探究平面鏡成像特點時，都直接采用了玻璃板和兩只蠟燭來做實驗，其實中間缺少了很多思維環節，不利于學生掌握等效替代物理方法，不能培養學生發現問題、解決問題的能力，學生失去了自我鍛煉思維、自我提升的機會.這里學生有很多不明白的問題：為什么采用玻璃板而不采用平面鏡？為什么要用兩只相同的蠟燭？為什么點燃一只，另一只不點燃？為什么用未點燃的蠟燭去與點燃蠟燭的像重合？等等.

2 實驗中存在的問題

器材穩固性會直接影響實驗成功與否，如玻璃板豎直放在桌面上，如果支架不穩會導致玻璃板傾斜，導致未點燃的蠟燭與點燃蠟燭的像無法重合，無法比較像與物的大小，也無法確定像的位置.還有如果玻璃板因支架不穩而倒在桌面上或者摔在地上，玻璃可能破碎而影響學生的安全;點燃的蠟燭移動或沒放穩倒下會點燃桌面上的紙造成不安全因素等;實驗的時間會受到一定的限制：如果多次實驗時間稍長，點燃的蠟燭因為燃燒而逐漸變短，這樣導致兩個蠟燭大小不相等會使實驗失敗;實驗會受到場所和環境的影響，本實驗如果在黑暗環境進行會明顯一些，如果教室里沒有窗簾或者在某些明亮的場所，成的像會不清晰，影響實驗效果;實驗中物體和像都有一定體積，無法準確一一對應，給學生確定物點和像點造成困難，如何去找兩個蠟燭的圓心，對學生的數學能力水平有一定要求，也會導致時間過長而影響教學進度;實驗中因為多次實驗，蠟油會滴在紙面上影響整潔度，不利于畫線測量距離.

3 實驗儀器的改進

制作意義和價值：基于以上實驗教學思考和實驗器材的缺陷，筆者對原來的器材進行了創新和改進，重現了學生的思維過程，同時也從操作和安全上做了充分的考慮，讓學生親自感受，歸納得出結論.

制作材料：臺簽（有機玻璃）（如圖1所示），茶色透明玻璃貼紙（如圖2所示）、軟鏡子貼紙（如圖3所示）、2只電子蠟燭、5mm方格坐標紙、刻度尺（如圖4所示）等.

4 制作方法

臺簽由兩塊2mm有機玻璃組成，四角嵌入強磁鐵而吸合在一起;在一塊有機玻璃一面貼上茶色透明膜就變成了茶色玻璃，另一塊一面貼上軟鏡子當做平面鏡，這樣玻璃和平面鏡就完美巧妙組合在一起了，合在一起是平面鏡，拆開來就出現玻璃板，同時也能將二者對比，作用非常豐富.

5 實驗儀器裝置

器材組裝：展開圖（如圖5所示）、實驗正視圖（如圖6所示）和實驗俯視圖（如圖7所示）.

6 教學過程、演示方法和解釋

6.1 如何用最簡單的方法比較兩個物體（兩個蠟燭）的大小

比較兩本書的大小，學生自然會想到把兩本書合在一起進行比較;同理用平面鏡實驗，嘗試比較像和物（手指）大小，學生會將手指貼在鏡面上，這時是相等的，教師提出：這是一個特例，手指在鏡前任何位置是不是相等的？像和物無法放在一起：物體移動到鏡后，像消失，物不動，像不動，像卻無法移動.

6.2 像和物都不動，如何比較像和物的大小

可以找到與物等大的物體（因為像的大小未知），去跟像重合，從而引出替代物.

6.3 若拿替代物去與像重合，遇到了什么困難

能觀察到模糊的像，但是替代物放到平面鏡后卻無法看到替代物，被平面鏡后的涂層擋住，要想看到平面鏡后的替代物，必須將涂層去掉，從而引出玻璃板，同時為使像更清晰，應該將蠟燭點亮.

6.4 為什么替代物不需點亮

這時可以點亮替代物，或者在像一側用強手電筒對著玻璃板照，發現看不清像或像模糊，為解決這個問題，替代物不點亮，同時采用茶色玻璃.

問題導入層層推進，用替代法一一解決：用玻璃板替代平面鏡，用未點亮的蠟燭去替代點亮的蠟燭，為學生后面實驗的進行做了鋪墊.

7 儀器的特點和用途

儀器組裝改進簡單，可以完整引導學生的思維過程，將玻璃板從平面鏡中剝離出來，呈現等效替代的物理方法.將平面鏡和玻璃板結合起來，合起來是平面鏡，讓學生觀察手指或鉛筆，完成猜想，拆開就是玻璃板，來完成探究實驗;采用茶色玻璃即使白天教室光線強效果也非常好，觀察成像很清晰;用電子蠟燭去替代常用蠟燭，能始終讓替代物與物體等大，且節能環保，不會滴蠟油，不會讓學生驚慌失措，并能反復使用;為了讓學生找到對應的點，筆者在蠟燭側壁上畫上了一條黑色豎線，當兩黑色豎線重合時，下端的點就是物點或像點;有機玻璃透明度高成像清晰，不易破碎安全系數高，底座寬度5cm穩固，不易翻到，底座透明便于將鏡面與坐標紙上的線重合，可以減小誤差;用坐標紙替代白紙，有利于學生直接比較距離和觀察垂直特點.

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（收稿日期：2019-11-25）