探究平面镜成像特点实验的改进

蒋子民

摘   要：在农村的学校，现有的教学仪器存在很大的局限性，部分仪器使用起来效果不理想，很难达到预定的目标。这就促使教师在教学过程中，必须自制仪器去改进实验教学。文章对探究平面镜成像实验进行改进，介绍其在教学中的应用。

关键词：自制仪器;实验改进;经验交流;促进教学

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2019）3-0051-3

在我们使用的沪科版、沪粤版物理教材中，探究平面镜成像特点实验是初中光学实验的一个重点内容，也是一个教学难点。但是，我们实验室只有一块普通的玻璃板，和两支相同的蜡烛，蜡烛易变形;实验中一支点燃，另一支不点燃，点燃的蜡烛烛焰晃动、变短，是实验的不利因素;再者，玻璃板的固定支架不平，使得载物平台与成像平台不在同一平面，蜡烛横截面太宽不利于精确确定像的位置;特别是普通玻璃的厚度，会造成像与物到镜面的距离测量存在误差，都是实验的不利因素;像的虚实教材中没有给出明确的定义，学生感觉比较抽象，不太理解。针对这些情况，笔者对该实验进行了一些改进。下面就实验的改进谈谈自己的处理思路。

1    实验准备材料

（1）转台（需要转移的支架）;

（2）像的虚实实验小屋（内含平面镜成虚像、小孔成像、凸透镜成像实验）、电吹风、蜡烛、火机、圆柱体盛水容器;

（3）平面镜成像实验平台（包含围棋盘、不同厚度的普通玻璃、手机屏、不同厚度的镀膜玻璃、工字钉、游标卡尺、圆规、白色塑料板、规格相同的木块等）。

2    实验仪器的制作与改进（如图1）

（1）转台，用一个电脑转椅改制而成。

（2）像的虚实实验小屋：做一个小屋子，在小屋的一条对角线竖直放置一块玻璃，正前方做一圆形门洞，门洞的左后侧放置蜡烛，小屋后侧放置圆形盛水容器;另一对角线放置一铁条，铁条上放置一凸透镜和光屏，用来模拟投影物体至光屏上;小屋左侧安装小孔成像实验装置。

（3）平面镜成像实验平台：把围棋盘放置在转台上作为载物平台，镀膜玻璃（或者手机屏）代替普通玻璃，安置在固定架上（固定架带有可调底脚螺母），用一定形状的物体替代蜡烛来比较像与物的大小，工字钉代替蜡烛给物体定位用于测距离。

3    改进后的教具的用途及优点

（1）转台：可360度旋转，有利于学生全方位、多角度观察。

（2）像的虚实实验小屋：以魔术的方式（演示吹不灭、浇不灭的蜡烛实验）导入课堂，激发学生的好奇心。可清晰地呈现平面镜成像，又可展示小孔成像，也可展示实物投影（即凸透镜成像），通过三种成像可以比较像的虚实。

（3）围棋盘和固定架的底角螺母：固定架的底角螺母调整反射面与平台垂直，以围棋盘的方格为参考面，调节底角螺母使成像平台与载物平台在同一水平面上，围棋盘的方格同时可以很直观地观察像与物到镜面的距离关系，以及像与物的连线与镜面的关系。

（4）镀膜玻璃：用镀膜玻璃面代替普通玻璃，只出现一个像，能避免双像干扰，有利于比较像与物的大小关系。

（5）以围棋盘为载物平台，用不同厚度的普通玻璃、手机屏、镀膜玻璃作为反射面，工字钉给物体精确定位，分别测它们所成的像与物的距离，让验证性实验向研究型实验转变，有助于减少像与物到镜面的距离的实验误差，提高学生的实验探究能力。

4    实验改进，有效突破难点

4.1    像的虚实实验小屋的使用

判断像的虚实：如图2，悄悄点燃隐藏在像的虚实实验小屋里左侧的蜡烛，通过窗口观察小屋背后有一支点燃的蜡烛，先用电吹风吹，观察是否能吹灭;再放置一圆形盛水容器，使蜡烛坐落在圆形水槽中，向容器加水，观察能否灭烛，用光屏放在像的位置;转过转台观察光屏上是否能承接到蜡烛;对比观察小孔成像，与凸透镜模拟投影所成的像。通过对比，可以帮助学生区分像的虚实，为更好地理解实像和虚像奠定基础。实验结束后，如果能结合光路作图，再解说平面镜成像原理和小孔成像原理，那么像的虚实也就不言而喻，学生对像的虚实不再感觉抽象了。

4.2    平面镜实验平台的使用

如图3，在转台上放置一围棋盘作为载物平台，在固定架上固定一镀膜玻璃，作为反射面，调整固定架的底角螺母，使镀膜玻璃与围棋盘垂直。

（1）比较像的大小关系：取两个相同的物体，分别放在镀膜玻璃的前后方，调整反射面后方物体移至玻璃板正前方物体所成的像的位置，观察像与物是否重合。改变物体的位置，重复上述实验，观察比较像与物的大小关系。

（2）测量像与物到镜面的距离关系：

分三步进行：①如图4，把普通玻璃装在固定架上作为反射面，用工字钉给像与物定位，用游标卡尺测像与物到镜面的距离，同时测出玻璃的厚度，比较像与物到镜面的距离关系。换用不同厚度的普通玻璃重复上述实验，记录如表1。

②用贴膜手机屏为反射面，用工字钉给像与物定位，用游标卡尺测像与物到镜面的距离，用来比较像与物到镜面的距离关系。换用不同厚度的手机屏重复上述实验，记录如表1。

③用镀膜玻璃代替普通玻璃为反射面，用工字钉给像与物定位，用游标卡尺测像与物到镜面的距离，用来比较像与物到镜面的距离关系。换用不同厚度的镀膜玻璃重复上述实验。记录如表1。

利用手机屏和镀膜玻璃可结合轴对称作图比较像与物的距离关系，方法如下：

①任意画一直线，在直线上取一点为圆心画圆;

②借助圆的对称性确定反射面的位置，并让反射面坐落在所画圆的直经上，并调节固定架的底角螺母使镜面与围棋盘垂直;

③用工字钉给物与像定位，确定像与物的落点位置;

④分別以像与物的落点为圆心，大于像与物到镜面距离为半径画弧，观察两弧线的交点的位置，如果交点落在镜面所在的直线上，则不难证明像与物到镜面的距离相等;

⑤同时连接像与物的连线，也可证明线与面的垂直关系。

如图5借用数学轴对称作图法，可避免刻度尺测量带来的误差，但这一方法是否可行有待进一步推敲。

5   实验教学反思与存在的疑问

问题一：用不同厚度的普通玻璃测像与物到镜面的距离，可以发现像与物到镜面的距离存在差异，差异与玻璃厚度存在一定的联系。给人的第一感觉是只要玻璃有一定厚度，都会存在差异，玻璃厚度越薄，误差越小。然而，现实生活中找到绝对薄的反射面材料是不现实的。因此，像与物到镜面的距离相等关系，从实验结果来看有点像牛顿第一定律一样，是在实验的基础上推理出来的，这样表达合不合理，不敢轻易下结论。

问题二：贴膜手机屏做反射面，工字钉定位，测出像与物到镜面的距离误差小，但像不够清晰，不容易确定像的位置，手机屏贴膜是不是最佳实验材料，给手机屏镀膜后用来实验是不是比较合理。

问题三：用镀膜玻璃做反射面，实验发现反射面不在镀膜层的表面，应该在镀膜层与玻璃的交界面，借助围棋盘或者圆的对称性来确定反射面的位置，不知是否正确，缺乏理论依据。但是用镀膜玻璃测像与物到镜面的距离，用轴对称作图来证明是比较合理的，可是普通玻璃存在的差异怎么解析是一难题。

问题四：后续实验发现，分光片作为探究材料是比较理想的，能弥补其他材料的不足，误差小，但是价格高。

综合以上所述，本实验还有很大的探讨空间，值得进一步推敲。

参考文献：

[1]义务教育教科书华东地区初中物理教材编写组.八年级物理上册（沪粤版）[M].上海：上海科学技术出版社，广州：广东教育出版社，2012.

[2]彭前程.义务教育教科书物理八年级上册[M].北京：人民教育出版社，2013.

（栏目编辑    王柏庐）