师:同学们好,老师今天带领大家学习新的一节光学知识。首先,请大家欣赏自然界中的对称美。假期游历祖国大好河山时,我们常看到这样的景象:层峦叠嶂、郁郁葱葱的山峰在水中形成一模一样的倒影。在物理学中,我们把类似于宁静湖面这样表面平整光滑的镜面叫做平面镜,物体通过平面镜所成的像即称为平面镜成像。说到这,请同学们想一想,生活中还有哪些反射面是平的呢?
生:我们日常生活中用到的穿衣镜、化妆镜,还有高楼大厦的玻璃幕墙、光滑的大理石地板,以及小小的水滴等等。
师:非常好。现在结合我们日常照镜子的经验,请同学们思考这个问题:一个运动员站在平面镜前,下列四幅图中,哪一幅图是他在平面镜中所成的像呢?
(同学们选出正确答案C)
师:哇,同学们真是太棒了,选出了正确答案C。看来同学们平时都是细心之人,善于观察。但是老师有个疑问,你们选择C的判断依据是什么呢?其实这其中就蕴含了平面镜成像的特点。接下来请同学们思考一下,结合生活经验,相互讨论。平面镜所成的像到底有何特点呢?老师提供以下三个思路,供大家合理猜测。第一,平面镜所成的像与物体的大小关系是怎样的?像是放大了、缩小了,还是与物体大小完全相等?请给出相应猜想,并分享依据。第二,我们日常照镜子时发现,人走近,像也靠近;人后退,像也远离。那么像与物体之间有何位置关系呢?像与物体到平面镜的距离相等吗?第三,通过上节课学习,我们知道小孔成像成的是实像。那么平面镜所成的像性质如何,也是实像吗?如果不是,和实像相对应的又是什么呢?
生:还有可能是虚像。
师:哦,同学们说有可能是虚像。那么实像和虚像又该如何辨别区分呢?课本第59页有个“加油站”,同学们可以翻到第59页看看。“加油站”告诉我们,在物理学中,能呈现在光屏上的像称为实像,不能在光屏上呈现,只能用眼睛直接看到的像称为虚像。关于平面镜的成像特点,大家都进行了合理猜测,并给出依据。咱们学物理都知道,检验猜想正确与否的最好途径就是实验。接下来我们进行实验探究。首先结合猜想,准备相应器材。为检验像与物体的大小关系,需要两支完全相同的蜡烛,一支在平面镜前方点燃,另一支在后方,移动未点燃的蜡烛去找像的位置,看看能否替代前面蜡烛的像。若二者重合,就能得出像与物体之间的大小关系。由于实验既需要通过平面镜成像,又要看到后方蜡烛,所以本次实验选择用玻璃板取代平面镜,目的是便于确定像的位置。为固定玻璃板,还需要玻璃板支架。为方便探究像与物体到平面镜的距离关系,需要准备网格纸、记号笔、刻度尺。光屏则用来判断像的虚实,如果平面镜成的像能通过光屏呈现,表明是实像,反之则是虚像。安全起见,本实验采用灯光模拟蜡烛,无需火柴点燃。器材准备完毕,我们设计并绘制表格如下。实验中记录像与物体分别到平面镜的距离,观察对比像与物体的大小关系以及像的虚实,记录并填写在表格内。为避免实验偶然性,寻求普遍规律,我们遵从多次实验原则,改变蜡烛位置,重复三次实验,得出更科学准确的结论。老师展示器材图片,接下来带领大家进行实验操作,请仔细观察,认真学习。视频观看结束后,老师有问题问大家。
首先,将网格纸平铺在水平桌面上,用笔和直尺在网格纸上画一条直线,确定玻璃板位置。同时用红笔在网格纸上标定三处不同位置,分别为A1、A2、A3。然后将带有支架的玻璃板垂直放置在网格纸上,使玻璃板前侧与所描直线完全重合。接着将蜡烛A点燃,放置在A1位置,透过玻璃板能看到蜡烛A在后方所成的像。将光屏放置在玻璃板后侧,不透过玻璃板观察,发现光屏上没有像,由此说明平面镜所成的像是虚像。再将完全相同的蜡烛B置于玻璃板后方,来回左右移动,使其与A的像完全重合,将蜡烛B前端一点标为B1。之后改变蜡烛A的位置,使其前端与A2重合,在后方移动蜡烛B,使其与蜡烛A的像完全重合,标注位置为B2。同理,再次改变蜡烛A的位置,使其位于A3,移动蜡烛B与A的像重合,标为B3。接下来撤去实验器材,用笔和直尺将A1、B1连成直线,通过刻度尺读出A1、B1到玻璃板的距离分别为8.50厘米和8.50厘米。同理,连接A2和B2,测量出A2、B2分别到玻璃板的距离为4.50厘米和4.50厘米。最后连接A3、B3,得出距离分别为2.50厘米和2.50厘米。通过连线发现,A1、B1的连线与玻璃板位置呈垂直关系,A2、B2连线以及A3、B3连线同样与玻璃板垂直。记录数据并分析,得出平面镜成像的结论。
