平面镜成像实验的改进设计

(安徽省宣城市第二小学,安徽 宣城 242000)

平面镜成像原理是以光的直线传播和光的反射为基础，是这两知识点的实际应用；平面镜成像实验是继小孔成像实验后，学生首次完整研究“像”的性质。本实验所用的研究方法和思路为后面研究凸透镜成像奠定了基础，具有承上启下的作用，因此“平面镜成像特点”是光现象的重点实验，在整个光学教学中占有十分重要的地位。

探究平面镜成像的实验为学生总结和理解平面镜成像的特点，提供了丰富的感性认识，是培养学生重视实验和归纳、提高学生学习能力的好素材，也为今后的探究实验教学作了必要的准备。

1 教材实验设计及不足

1.1 实验设计

图1

人教版教材中实验设计如下：如图1所示，在桌面上铺一张白纸，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、但不点燃的蜡烛B，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛A的像完全重合，这个位置就是前面那支蜡烛A的像的位置。(1) 在纸上记下这两个位置时，实验时注意观察蜡烛B的大小和A的像的大小是否相同？(2) 移动点燃的蜡烛A，重做实验。(3) 用直线把蜡烛和它的像在纸上的位置连起来，并用刻度尺分别测量它们到玻璃板的距离。

1.2 不足之处

平面镜成像实验成功的关键在于：平面镜要与桌面垂直、两支蜡烛要完全相同，蜡烛要与桌面垂直，在确定物体及其在平面镜中成虚像的位置(最难的是确定虚像的位置)时，教材上用透明的玻璃板代替平面镜，确定虚像的位置，采用了等效替代重合法，存在以下不足：

(1) 新蜡烛可能会高于玻璃板，做实验前还要截断，上一段蜡烛底面难与桌面垂直，下一段蜡烛不易点燃，还要选择两段截断后等长的蜡烛。蜡烛燃烧一段时间后，两支蜡烛的长度不同，蜡烛燃烧时蜡油滴落凝固，会改变蜡烛的形状，导致两支蜡烛的外形不同，所以下一次做实验时很难找到两支完全相同的蜡烛。

(2) 蜡烛燃烧会产生异味，为了保持蜡烛火焰的稳定，要关闭门窗，会导致实验室的环境污浊。

(3) 蜡烛是易耗品，由于生产生活中需求量很少，市场采购较难。妥善保存也难，在气温较高的环境下，蜡烛容易变形弯曲。

(4) 因透明的玻璃板是有厚度的，经玻璃杯的前后表面分别反射成两个像，所以会导致出现重影的现象，难以准确确定像的位置。

(5) 蜡烛成像时，火焰的亮度很大，但是蜡烛自身成像的亮度很弱，有时会看不清，即使在较暗的环境中，操作也有一定的难度。

(6) 蜡烛它是一个立体物体，怎样把蜡烛和它像的位置精确成“点”，有点难，操作不当，会影响像与物到平面镜的距离，以及像与物的连线是否与平面镜垂直。

2 实验改进与特点

(1) 器材与组装

准备化妆镜、票据夹(或长尾夹)和纸杯，确定纸杯底的中心，并用笔戳个小孔。

在桌面上铺一张白纸，用笔和刻度尺在纸上画一条直线，用票据夹夹住一块化妆镜竖立在白纸上作为平面镜，涂水银的面与直线重合，代表平面镜的位置，调节票据夹,使化妆镜与桌面垂直。

(2) 确定像的位置

图2

把一只纸杯A放在化妆镜的前面，可以看到它在化妆镜后面的像。再拿另一只纸杯B，竖立在化妆镜后面，前后、左右移动，直到分别从纸杯A的左侧和右侧观察，纸杯B未被化妆镜遮挡的部分已与纸杯A在镜中成的像，形成无偏差对接、组合成一个完整“线条顺畅”的纸杯形象(如图2)，此时纸杯B的位置即为纸杯A的像的位置。分别用笔戳一下纸杯A和B杯底小孔，在纸上记下这两个位置。

(3) 比较像与物的大小关系

从化妆镜的上方和下方，可以看到纸杯A在镜中成的像与纸杯B未被化妆镜遮挡部分无偏差对接，组合成一个完整“线条顺畅”的纸杯，所以此现象可验证平面镜成等大的像。

(4) 探究像物与平面镜的位置关系

用直线把物和像在纸上的位置连起来，并用刻度尺分别测量他们到直线(化妆镜)的距离，借助直角三角板来判断像与物的连线是否与直线(化妆镜)垂直。

(5) 改进实验的特点

① 取材方便，纸杯、化妆镜、票据夹容易购置,因为是日常用品，有的学生家里就有现成的，学生在家也能做这个实验。

② 实验器材可重复使用，易保存，只消耗一些白纸。

③ 实验环境较宽泛，可开门窗，有利于学生健康。

④ 利用化妆镜替换透明玻璃板成像更清晰明亮，巧妙解决了两个面成像导致重影的问题，像的位置确定更准确，突破了教学的难点，学生更容易接受。

⑤ 通过事先用笔在两纸杯底中心戳个小孔，使得物像位置确定更方便、精准。

(6) 实验注意事项

① 确定纸杯底的中心要精准，记录纸杯位置时，笔要垂直于桌面方向通过杯底孔戳下去。

② 化妆镜高约为纸杯的一半为宜，竖立在白纸上作为平面镜，涂水银的面应与直线重合，代表平面镜的位置，要调节票据夹，使化妆镜与桌面垂直。

③ 要耐心地微调整纸杯B，使其未被化妆镜遮挡的部分应与纸杯A在镜中成的像无偏差对接，这时纸杯B的位置即为纸杯A的像的位置。

3 结语

该实验改进了原实验的不足，取材方便，可改为学生家庭实验。在课堂教学中，学生实验成功率高，实验效果较好。