“探究平面镜成像特点”实验问题解读

时间：2024-05-09

魏张信　邢海根

摘要：在平面镜成像实验教学过程中，一方面受到前概念的影响，另一方面由于储备的实验方法有限，学生如何设计实验，实验时如何操作及掌握实验的技巧还存在许多不足。如何有效解答学生实验过程中的问题值得广大教师思考。本文解读了探究平面镜成像实验的相关问题，尤其是与中考相关的问题。

关键词：探究；平面镜成像；实验；问题解读

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）8-0053-3

1 实验器材

问题一：实验需要哪些器材？

【解读】一般需要：①较薄的茶色玻璃；②刻度尺；③光屏；④两只相同的蜡烛A和B；⑤火柴；⑥方格纸或白纸、铅笔。

问题二：透明的玻璃板成像不如平面镜清晰，在实验中为什么采用透明玻璃板代替平面镜？

【解读】虽然透明的玻璃板成像不太清晰，但是在物体一侧能看到物体的像，同时还能看到并找到像位置的另一个物体，便于确定像的位置，便于比较物像大小关系。但一般来说，采用透明的玻璃板的主要作用是：便于确定像的位置。

问题三：为什么要采用两个完全相同的蜡烛（或棋子）？

【解读】实验时采用两个完全相同的蜡烛，当玻璃板后面的蜡烛和玻璃板前面的蜡烛的像完全重合时，后面蜡烛的位置即像的位置，这样可以确定像的位置，同时也可以比较物像大小关系。就其主要原因，用两个相同的蜡烛（或棋子），主要是便于比较物像大小关系。

问题四：实验中刻度尺的作用是什么？没有刻度尺能做这个实验吗？

【解读】用刻度尺测量物与像到平面镜的距离，比较物距和像距的关系。如果没有刻度尺，可以利用方格纸，使透明的玻璃板竖直架在方格纸的中线上，用铅笔记下蜡烛与像的位置，采用观察法或对折法，看像与物是否关于镜面对称，也可进行实验。

问题五：为什么实验中在透明玻璃板下方放一张白纸或方格纸？

【解读】便于在白紙或方格纸上用铅笔记下透明玻璃板前表面、蜡烛、像的位置，实验后用刻度尺和铅笔连接蜡烛与像，观察连线是否与玻璃板所在的线条垂直，便于用刻度尺来测量像与物到镜面距离的大小。

问题六：没有白纸或方格纸能做实验吗？

【解读】也可以，可用如图1所示的装置，将刻度尺放在玻璃板的下方，将蜡烛直接放在刻度尺上做实验。

问题七：实验中为什么要用光屏呢？

【解读】光屏可以验证是实像还是虚像。实像能用光屏承接，虚像不能用光屏承接。所以，移去后面的蜡烛B，并在其所在位置上放一光屏，光屏上不能接到像，说明平面镜成虚像。

问题八：支架在实验中起什么作用呢？

【解读】如图2，支架是固定透明玻璃板的位置，使透明玻璃板能竖直立在水平桌面上。

问题十：怎样确保透明的玻璃板与桌面垂直呢？

【解读】一般来说，支架与水平桌面是垂直的，但有时桌面不水平或支架缝隙较大，透明的玻璃板难以保证与桌面垂直，这时可以利用直角三角板调整薄玻璃板与桌面垂直。

问题十一：实验中是怎样得出像与物的大小相等呢？

【解读】在玻璃板的前方点燃一支蜡烛，使其竖直立在透明玻璃板前，在透明玻璃板后方用一支相同的蜡烛，用眼睛在透明玻璃板前看蜡烛的像，同时用手移动后方的蜡烛，使后方的蜡烛与像重叠，观察它们能否完全重合。若能完全重合，则说明两者大小相等，否则，像与物大小不相等。

问题十二：实验中是怎样得出像与物到镜面距离相等呢？

【解读】在白纸上记录了像与物对应的位置，经过三次实验后，利用刻度尺，连接像与物的对应点，并进行比较、归纳。如果每次实验都有像与物的对应点到镜面的距离相等，便可得到结论。

问题十三：实验中为什么要改变蜡烛的位置，进行三次实验与测量呢？

【解读】一次实验不具备代表性，应采取同样的实验方案多做几次，避免实验现象的偶然性，才能保证结论的正确。多次操作，消除偶然性，得到普遍规律。

问题十四：实验中是怎样得出平面镜所成的像是虚像的呢？

【解读】将玻璃板后方的蜡烛拿走，在其位置放一个光屏或白纸，眼睛在玻璃板后观察光屏上是否有像。若光屏上无像，则说明平面镜所成的像是虚像。

3 实验反思

问题十五：玻璃板为什么越薄越好？

【解读】玻璃板有两个反射面，两个反射面都能成像。当玻璃板比较厚时，两个反射面成像距离比较远，实验时会出现明显的两个像，使实验比较复杂；当玻璃板比较薄时，两个反射面成像距离比较近，可以近似看成一个像，使实验简单化；像的位置用蜡烛B与蜡烛A的像重合来确定。实验中既能看到物体A的像，又能看到蜡烛B，故要采用透明的玻璃板。

问题十六：为什么实验要在较暗的环境中做比较好呢？

【解读】物体射出的光线对人眼刺激越强，人眼感觉物体越亮，物体经过平面镜反射，反射光线进入人眼的光线越多，人眼感到物体的像越亮。在比较亮的环境中，很多物体射出的光都对眼睛有刺激，干扰人的视线；在实验中玻璃板起到平面镜的作用，在镜面前的亮度越大，则其成的像越清晰。

问题十七：为什么用茶色的玻璃板比无色的玻璃板好？

【解读】茶色玻璃板反光能力强，透光能力差，这样茶色玻璃板后方的亮度要小些，对比之下，人眼获得的反射光线要多些，看到蜡烛像的亮度就大些，从而像就清晰些。

问题十八：为什么用其中一面镀了膜的玻璃板做实验时，镀膜的一面要放在朝像的一侧呢？

【解读】透明的玻璃透光能力强，镀膜的一面反光能力强，这样的目的还是使像的一侧光线暗些，在镜面前的亮度越大，则其成的像越清晰。

问题十九：为什么后方的蜡烛不点燃呢？

【解读】后方的蜡烛若也点燃，前后两面亮度就相同了，结果使得玻璃后面太亮，更不容易发生反射，所以像会更不清晰；最主要是无法区分像和玻璃板后面的蜡烛。

问题二十：实验过程中，发现蜡烛的像有重影，是怎么回事呢？

【解读】原因是玻璃板有一定的厚度。厚玻璃板有两个反射面，都会发生反射现象，反射光线的反向延长线都会会聚成像，玻璃板越厚，两个像距离越远，两个像越清晰；因此，实验时需采用很薄的玻璃板，使两个反射面成的像几乎重合，使实验简单化。

问题二十一：为什么有时无论怎样在水平桌面上移动后方的蜡烛，都不能使它与像重合呢？

【解读】当玻璃板与桌面不垂直时，根据像与物对称的原理可知，A的像比桌面偏高或偏低，所以怎么移动B蜡烛都不可能与A的像完全重合；另外，选取实验器材的粗心或实验时间过长导致两只蜡烛长短不同时，也会出现不能完全重合的现象，这种情况在做题中较为少见。