时间:2023-03-16 17:42:22
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平面镜成像实验是初中物理光学中重要的学生实验,但由于直接用平面镜无法观察到镜后面的像,所以教材建议用玻璃板代替平面镜,这样就可以观察到镜后面的像,也便于比较像与物的关系,这种方法一直以来都为大家所接受.但在一次实验中学生的题引起了我的思考:为什么只能看到烛焰的像,而看不到整个蜡烛的像?为什么不能说烛焰的像在镜子里面呢?解释一番后,学生又说:这些问题都懂,但能否用实验来证明呢?
带着这些问题,笔者认真思索并设计了如下的实验装置(如图所示).
1仪器的制作
将三块30cm×5cm的平面镜相隔5cm固定在木支架上,再将木支架垂直固定在50cm×35cm木板上,并在木板上画好方格线.
用废硬纸片剪出一个较大的长三角形和一个较小的正三角形,并将正三角形镶在长三角形的底部,使长三角形能正立在地面上,为了便于比较将长三角形的其中一面的半边用红色颜料涂成红色,这样便制作成了一个树形物体(物体1).用同样的方法再做出二个大小相同(分别为物体2、物体5)、一个较大(物体3)、一个较小(物体4)共五个树形物体.最后再将物体5相对于平面镜位置处挖空,如上图所示,便于实验将物体5镶在平面镜内.
从废弃的窗帘支架中截取二段长25cm的导轨,在其两端安装小滑轮.截取四段长35cm的铝合金槽固定在木底板上,将导轨安装在铝合金槽中,使导轨可以在木底板上左右移动.再从废弃的窗帘支架中取出滑轮,将滑轮安装在树形物体的底部.最后将制作好的物体垂直安装在导轨上,使其可以在木底板上前后、左右移动.
2仪器的使用方法
(1)将仪器放在水平桌面上,将物体1放在平面镜前,可以看见物体1在平面上产生“不完整”的像.
(2)将物体5放在平面镜空隙中,无论怎样都不能把物体的像补完整,说明平面镜所在的像不在镜子里面.
(3)将与物体1大小相同的物体2放在镜后,能够找到一位置,将像补完整,而其它位置却不能,说明此位置就是像的位置.说明平面镜所成的像在镜子后面.
(4)观察物体1与物体2的位置所示的刻度相同,物体1与物体2的导轨在一条直线上,并与平面镜垂直.
前后左右移动物体1,同时改变物体2的位置,使像变完整,同样可以看到物体1与物体2的位置所示的刻度相同,物体1与物体2的导轨在一条直线上,并与平面镜垂直.
再用直尺穿过平面镜中间的空隙,同样发现物体1与物体2的对应点到镜面的距离相等,直尺与镜面垂直.从立体上说明像与物到镜面距离相等,像与物的连线与镜面垂直.
(5)在此位置把物体2换成与物体1大小不同的物体3或物体4放在镜后,却不能将像补完整,只有与物体1大小相同的物体2才能把像补完整.说明像与物大小相同.
(6)在平面镜的后面放一光屏不能接收到物体1的像,说明平面镜所成的像是虚像.
(7)在物体1与物体2对应点上作一标记后,将它们并排放置,发现物体1与物体2的标记左右相反,说明像与物左右相反.
3仪器的特点及用途
本仪器制作简单,原料易找且便宜.操作简单、方便,对环境亮度没有特殊要求,成像清晰明了,很好地说明平面镜成像的特点;并能很好地纠正学生的前概念“平面镜所成的像在镜子里面”;解决了立体空间像与物的对应关系,形象地说明像与物左右相反;避免了使用玻璃板前后两个面都能成像的不利因素;让学生明确只要是物体都能成像,而不至于认为蜡烛不能成像只有烛焰才能成像的错误看法;省去了学生描点连线,节省了教学时间,同时也减少了描点连线所带来的实验误差.
参考文献:
[1]马国福平面镜成像演示实验改进[J].中学物理,1994(4)
实验目的 :方便快捷的进行实验探究出平面镜成像的特点。
实验仪器及用品:带轮的底座、玻璃板(带支架)、长度不同的铅笔(带橡皮塞的)多支、带方格白纸的一张等。
实验方法步骤说明:
1. 将玻璃板垂直安装在白色带方格的纸上,将最长的一支铅笔放在玻璃板前,透过玻璃板观察这支铅笔的“像”。像在哪?在玻璃板的后面,将底座转动,观察玻璃板的另一侧没有。现在将白纸放在刚才看到的像的位置,纸上没有。所以,这不是实际的光线组成的,所以它所成的像是虚像。
2. 将底座复位,用手边的带橡皮塞的铅笔中最短的、较短的和等长的分别去找到当前铅笔的所称的像,看是否能完全重合。结果只有等长的铅笔才能实现与像完全重合。所以可以得到像和物体是等大的。经过多次测量,使得实验的结论有普遍性。
3. 再将物和像到平面镜的距离利用白色方格纸上的单元格,很方便的得到结论:像和物到平面镜的距离相等。
4. 再利用数学课中有关的对称的知识,还可以得到:平面镜所成的像与物体关于镜面对称。
实验创新点及其意义。
原来实验的不足之处。
1.蜡烛燃烧有气味,影响课堂环境,并且有明火,存在安全隐患,不利于低碳环保。如果使用带旋转实验装置让我们从不同角度观察的话,蜡烛容易倾倒,不能动态显示平面镜成像的特点。
2.学生对“虚像”的新概念认识模糊,大致的位置不能直观的推测。
3.蜡烛在燃烧过程中会一只高度发生变化,而另一只不变,像物难以完全重合,不利于“像与物大小相等”的实验结论的顺利得出。
4.不能方便直接看出像和物体到镜面的距离相等关系,原来实验中要用刻度尺测数据,较麻烦 。
实验创新意义。
带轮的底座,白色带方格的纸,带橡皮塞的铅笔。
探究“平面镜成像特点”的实验是新课程标准规定的必做实验之一,在教学中我发现学生会遇到不少困难,如果学生糊涂地做实验,则如囫囵吞枣,只是表面上掌握知识,死记硬背结论。老师及时发现问题,及时化解显得十分重要,以下是我在教学中一些体会。
一、器材的选择
问题1:如何确定像的位置?这是个难点,根据生活经验,学生很容易猜想出平面镜成像的特点,这时可引导学生根据猜想选择器材。要探究平面镜成像的特点,首先要确定像的位置。学生遇到这样的问题:如果把棋子从平面镜前拿走,与镜后的像比较大小,则像就不存在了。老师提出问题:“既不拿走镜前棋子,又要能方便比较大小,有两全齐美的办法吗?”于是学生发现要选择两个完全相同的棋子,便于确定像的位置。
问题2:为什么用玻璃板代替平面镜做实验?老师提出问题。学生思考后找到答案,因为玻璃板是透明的,可以透过玻璃板看到像的位置。
问题3:有学生提出用棋子代替蜡烛更好一些。你认为选择棋子和蜡烛哪种做法更好?请说出你的理由。我引导学生讨论这个问题。学生进行讨论发现答案:选择棋子好,因为蜡烛在燃烧时变短,导致两支蜡烛不等大,用棋子能更好地比较像与物的大小关系;还因为用棋子做实验更环保。
问题4:将玻璃板和棋子放在白纸上、方格纸上都可进行实验。你认为选择白纸和方格纸哪种做法更好?说出你的理由。选择方格纸好,理由是使用方格纸可以直接在纸上判断像与物之间的位置关系,方便比较像与物到镜面的距离,使实验更简洁。
二、学生操作
问题1:玻璃板怎样放置在桌面上?由于学生之前学习了重力的知识,知道重力方向是竖直向下的,受此影响,大部分同学认为玻璃板应竖直放置。于是笔者做了这样的尝试:一张桌子的桌面是水平的,一张桌子的桌面与水平面成30°,通过实验,学生发现如果是水平桌面,则竖直放置和垂直放置是一样的,但如果桌面不是水平的,则只能垂直放置,在此基础上启发学生画图分析。
问题2:由于玻璃板有厚度,在白纸上画出玻璃板的位置时,会有两条线,记下平面镜的位置,那么以哪条线为标准较好呢?引导学生再次观察像,学生会观察到前面的像亮一些,后面的像暗一些,棋子通过玻璃板前面的面成像更清晰,所以结论是选择前面的线为标准,测量像与物到镜面的距离较好。
问题3:为了验证“平面镜中所成的像是虚像”的猜想,你的操作是什么?你是如何判断的?学生往往会出现两个问题:一是光屏放置在何处,如果放置在没有成像的地方,则光屏上没有像就不能说明平面镜所成的像为虚像;二是怎样看虚像,如果在玻璃板前面看,则虽然能看到像,但不能说明平面镜所成像为实像。引导学生总结出正确操作:移去玻璃板后的棋子,将一张白纸竖直放在棋子的像所在位置,直接观察白纸上是否有棋子的像。若白纸上没有棋子的像,则说明平面镜中所成的像是虚像。
三、数据处理
问题1:每组学生记录了三组数据,发现像与物到镜面的距离不相等,偏差较大,这是什么原因呢?引导学生回顾实验过程,评价实验过程。可能是像与物没有完全重合,导致像的位置找错了;可能是玻璃板有厚度,导致距离测错了;可能是玻璃板没有垂直放置,导致像的位置偏上或者偏下。
问题2:如果发现所记录的像距和物距相差很小,只是估计数字不同,还能得出像与物到镜面的距离相等的结论吗?学生会产生疑惑,启发学生发现只是测量误差引起的数据差别,并不能说明像与物到镜面的距离不相等。
四、评价结论
问题1:某学生身高1.6米,当该学生后退10米时,感到像变小了,能否证明像与物的大小不相等呢?当然不能证明,眼睛里的晶状体相当一个凸透镜,视网膜相当光屏。从人眼瞳孔中心对物体的张角与视角相等,所以视角的大小决定了视网膜上物体的像的大小。同一个人,离眼睛远的时候,它的视角比近处的视角小,因此,远处的人看起来比近处的小,近大远小就是这个道理。
问题2:若平面镜上分布几个黑墨水点,所成的像上也有几个黑点吗?当然没有,黑点只是影响反射光的多少,进而影响的是像的明亮程度。
明确探究问题,学生在观察的基础上发现问题,提出问题。为了降低探究的难度,需要设置探究阶梯,探究形式采用教师引导下的问题启发和讨论的方式,使学生既发挥自主性又不失盲目性。学生体验探究过程并能解决基本问题并简单应用,培养学生的问题意识和创新意识。
参考文献:
在教学“平面镜成像的特点”这节内容时,很多教师都采用了探究式实验教学,基本上是两人一套器材,非常有利于合作探究,这样大大提高了学生的学习兴趣和教学效果。同时,学生从探究过程中又能学会学习、学会思考、学会合作、学会探究,这与现代教育的目标相吻合。
传统物理教学中师生关系不协调,一言堂,满堂灌,学生听得多,动得少;教师只顾讲,一切包办,把学生当成储存知识的容器,被动地接受知识,束缚了学生的思维,教师成了课堂的主角。一些学生在初三时能得高分,然而一到高中,成绩便很难提高,不少学生还有下降趋势,有的甚至落了“后进”,这些学生势必在相当长的一段时间内承受巨大的精神压力,影响了学习的进程和学习的自信心,这一现象背离了基础教育“为人的终身学习潜能开发打下基础”的目标。同时也从某一角度提醒了我们:应该改变传统的教育模式,增加一些新的更适合培养学生能力的教育方式,使素质教育真正得以贯彻和落实。
为了学生的可持续发展,物理教师积极开展探究式实验教学的意义重大。
二、值得借鉴的成功范例
1.准备多样器材,让学生自己选择完成实验
有些教师事先准备好了多套器材,有平板玻璃和平面镜,两个形状一样的电池、象棋子、普通蜡烛、咖啡厅用的红蜡烛、去掉了聚光头的普通手电筒等,这样有利于激发学生的探究兴趣,有利于培养学生的创新思维。
2.让学生自己提问题,立足课本又不拘泥于课本
探究开始前,在课堂上,很多老师采取这样的方式问学生:“关于平面镜成像,你想知道什么?”然后进行探究,探究后有些老师还提出了“你还发现了什么?”“你还想知道什么?”引导学生继续思考。我认为这样体现了学生的主体性,能激发学生的探究热情,比直接问学生“你的猜想是什么?”更好。
3.自制教具或改进教具相结合,“多条腿”走路
事物是不断完善和发展的。厂家提供的器材不一定能满足教师的需求,自制教具或改进教具可以为探究实验增光添彩。教材上的探究实验用到的物体是燃烧的蜡烛,缺点是很难保证两根燃烧的蜡烛完全重合,很多老师就用其他物体代替,如两个象棋子、两节电池、两个去掉了聚光头的普通手电筒。教材上用来做平面镜的是平板玻璃,它的缺点是透光性太好,成像暗淡,有些老师改用茶色玻璃,有的在平板玻璃后贴一层半透膜,实验的能见度大大提高。
4.尽可能创造条件以多种形式来完成探究活动
实验的探究教学不单单体现在实验室中,可以采取课堂实验,也可以改为学生家庭实验,还可以改为课外调查,要利用一切可以利用的条件进行实验活动。例如,有些参赛老师要求学生回家表演与平面镜有关的魔术(如蜡烛在水中燃烧、隔墙观物、手在火上烤不烫伤等),回家收集平面镜在生活中广泛应用的事例,这也是科学探究。
三、探究过程中常易出现的问题
1.科学探究目标不明确,无实效,指导不够
学生在探究时有些老师什么也不提示,导致基础弱或动手能力差的学生不知所措,探究的效率和效果大打折扣。
2.探究时指导过多,变成了老师讲、学生做,失去了探究的意义
有些老师准备得很充分,每位学生都印发了学案,实验步骤一、二、三、四都写得清清楚楚,口中还不断地提示,这样又变成了传统的学生实验。
3.对探究过程中的“离题”问题置之不理
有位学生在探究前提出:我想知道平面镜成像时是不是“物体离镜越远像越小”,也许这个问题不合老师的口味,就被无情地忽略了,显然回避是不行的。
四、几点反思和建议
1.中考要加大对实验探究的考查
我们常把中考和高考比喻成教学的“指挥棒”,这是十分形象的,如果考试中难得找到科学探究的身影,势必有很多老师在课堂教学中又会冷落探究式实验教学。建议在中考中引入新的评价机制,增加实验操作考试,注重过程评价与结果评价相结合,通过参与科学探究活动,学习拟定简单的科学探究计划和实验方案,学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律,尝试应用已知的科学规律去解释某些具体问题。
2.对物理教师的评价不能仅仅依据中考成绩
教学目标:
1.知道平面镜成像特点,并用来解释简单现象。
2.知道平面镜成像原理和虚像的概念。
3.知道平面镜的应用。
4.介绍我国古代的平面镜,对学生进行爱国主义教育。
教学重点难点:
重点:平面镜成像特点,
难点:平面镜成像原理和虚像的概念
教学设想:
让学生在课后制作一个潜望镜。
教具准备:
演示器械、平面镜、潜望镜。
教学过程:
一、导入新课
日常生活所用镜子的反射面是平的,叫做平面镜,从平面镜中可以看到镜前物体的像,你知道平面镜成像有什么特点吗?那我们就用实验来找出平面镜成像的特点。
二、课堂实验
1.学生实验:
教师先介绍实验器材,做课本P67“做一做”的实验。将玻璃作为平面镜竖直立在桌上,在玻璃板前、后各放一支相同的粉笔A、B。
实验步骤:
①移动玻璃板后的粉笔B,使它与粉笔A在玻璃中所成的像重合,这时粉笔B的位置就是粉笔A在平面镜中所成的像的位置。
②移开粉笔B,用白纸做屏幕放在该位置上,直接观察白纸,纸上能否出现粉笔的像?
得出结论:白纸上没有棋子的像,平面镜所成的像是虚象。
提问:(1)平面镜所成的像的大小与物体的大小有什么关系?
(2)像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离是否相等?
2.学生再次进行实验:
①观察并比较像与物体(粉笔)的大小;
②用刻度尺分别测出粉笔A和粉笔A的像到玻璃板的距离,并加以比较。……
③学生之间相互交流与评价得到的结论。
学生发言,教师总结:平面镜所成的像是虚象;像的大小与物体的大小相等;像与物体到平面镜的距离相等。(平面镜成像规律)
教师补充说明:
把像和物体的位置用直线连接起来,它们的连线与玻璃垂直。
三、讲授新课:
根据平面镜成像规律,我们来看一下,怎样画出物体在平面镜中所成的像:
教师举例并演示:作AB在平面镜中的像。(利用平面镜成像规律作图,如课本P68图3-39)
(课本P68图3-39)
教师补充说明:物体与自己在平面镜中所成的像,在平面上表示,其实是关于表示镜面的直线成轴对称的。
四、课堂练习
学生利用平面镜成像规律画一些物体在平面镜中成的像。教师适当指导,讲解。
五、联系实际,生活实例
平面镜的应用:
1.古代妇女对着铜镜梳妆。。
2.舞蹈演员利用平面镜观察和矫正自己的姿势。
3.某些店里利用平面镜扩大视野空间。
……(学生看课本P69,并思考,举例)
教师说明:平静的水面、光亮的金属、平板玻璃也能看作是平面镜。
(适当涉及“光污染”的有关实例的知识。)
六、课堂小结
1.知道平面镜成像的特点和虚像的概念,知道平面镜的应用.
2.初步学习用光路图研究几何光学的成像问题.
能力目标
1.通过平面镜成像特点的实验,培养实验操作能力、观察能力.
2.通过对实验现象的观察与分析,以及归纳得出平面镜成像特点的过程,培养学生的分析概括能力.
3.通过根据平面镜成像特点,运用对称法确定物体在平面镜中所成的像,初步培养学生运用数学方法来解决物理问题的能力.
情感目标
通过平面镜在日常生活、生产、科技方面广泛的应用,激发学生强烈的求知欲,培养学生良好的非智力品质.
教学建议
教材分析
本节教材先通过日常生活中的镜子成像的现象引出平面镜成像的概念,然后通过实验归纳出平面镜成像的规律.再从光的反射定律出发,借助于作图分析发光点怎样成虚像,并扩展到物体怎样成虚像.最后加强了联系实际,列举了一些日常生活中用用平面镜的例子.并介绍了平面镜在潜望镜上的应用.讲好本节课的关键是指导学生做好实验,平面镜成像的规律是本节课的重点,虚像概念的建立是本节教学的难点.
教法建议
1.研究平面镜成像特点的实验,对于基础较好的学生,应作为探究性实验进行教学.
2.进行必要的实验指导:
1)尽可能选薄一些的玻璃,否则会看到两个不重合的像.
2)平板玻璃一定要保证竖直设置,两只蜡烛大小应一样并竖直放置以方便观察和研究.
3)怎样判定蜡烛B与蜡烛A的像重合:如图5-3-1,手移动B,当看见B与A的像变成一只点燃的蜡烛,从不同的角度看,都看到B的芯上有火焰,B正好跟A的像重合.这时,用笔贴近A和B的下端,描出它们与纸的接触线,得到两个小圆.这两个小圆的圆心,就是A和B的位置.
3.渗透从简单到复杂的研究物理问题的方法.
课本从发光点S的像推论物体的像,教学中还可把物体的像区分为发光物体的像和发光物体的像,并在教学中说明这种由简单到复杂的研究物理问题的方法.
4.在做好实验的基础上,借助光路图分析平面镜成像原理和虚像的概念,有助于学生理解.
教学设计示例
教学重点:通过实验总结得出平面镜的成像特点
教学难点:“虚像”概念的建立
教具:
同样大小(长短、粗细)的蜡烛一对、小蜡烛一只、大蜡烛一只;平面镜一面,平板玻璃一块,支架一幅,方格纸一张,同样大小的三角板(30度,60度)一对、刻度尺一把.
教学过程:
一、新课引入
方法1:由日常生活中的照镜子引入课题
课前要求学生在家中分别在大面镜前和小面镜前观察自己的像,提出平面镜成像的概念,并提出问题:
1)人或物体在镜中的像的形状、大小跟原物一样吗?
2)人或物体在镜前移动时,镜中的像怎样移动?
3)镜中的像是否能和小孔成的像一样呈现在光屏上?
通过对上述问题的议论和回答,引出研究平面镜成像特点的实验.
方法2:在教室前悬挂一大一小两面镜子(悬挂的角度尽可能是同学们都能看到自己的像),从而调动学生的兴趣,再准备几面镜子,让学生从前传到后,观察自己的像并与前面两面镜中的像相比较,提出问题引入新课.
二、新课教学
1.平面镜成像特点
探究平面镜成像特点
提出问题:我们生活中用的镜子是平面镜,平面镜成像有什么特点呢?具体地说就是像的位置有什么特点呢?像的大小有什么特点?
探究指导:要探究平面镜成像特点,必须解决好以下几个问题:
1)我们虽然可以看到物体在平面镜里的像,但如果在平面镜后面仿制一块光屏(白纸),屏上不会呈现物体的像,因此我们无法用尺子去测量像的位置和大小.怎样解决这个问题?为此,你选用什么样的“平面镜”?
2)如何确定像的位置?
3)如何比较物到镜面的距离与像到平面镜的距离关系?
4)如何比较物像的大小、形状的关系?
5)怎样观察物与像的左右关系?
6)怎样通过实验判定像的大小与物到镜的距离是否有关?
学生设计实验和进行实验
交流分析归纳得出探究结果:
1)平面镜所成像的大小和物体的大小__________.
2)像到平面镜的距离与到平面镜的距离关系是__________.
3)像的左右与物的左右关系是__________.
4)像的上下与物的上下关系是__________.
5)当物体远离或靠面镜移动时物体的像的移动情况是____________________.
像的大小、形状的变化情况是________________________________________.
2.虚像
方法1:从平面镜成像原理出发
让学生结合课本70页图5-14,根据光的反射定律画出发光点S射向平面镜的两条入射光线的反射光线,指出镜平面镜发射出来的光线是发散的,不会相交.由于光的直线传播,人们习惯的认为看见的东西都在前方,会觉得反射光像是从前方镜中的像点射来的.实际上镜中并没有光直接到达.这说明虚像点不是反射光线的交点,而是反射光线的反向延长线的交点,是虚的.
老师演示:(用摄像机代替学生的眼睛反映在大倍投上)
点燃的蜡烛放在平板玻璃前,通过玻璃观察观察到像,并用光屏接收像,直到认为接收到像,移动摄像机的镜头绕过玻璃直接对准光屏,光屏上并无像存在.
方法2:学生分组实验,分别尝试用光屏接收像,但接收不到,使学生对平面镜成虚像产生强烈印象.然后通过对平面镜成像光路图的研究,讨论两个问题:(1)到达观察者眼睛的光是从何处反射来的?(2)像点是怎样形成的?教学中,学生比较能接收像点实际上不存在的观点,但他们感到困惑的是人为什么会造成这样的感觉,因而给教学带来一些困难.可告诉学生,人们的这个认识的由来是根据光在均匀介质中沿直线传播的事实.
3.平面镜的应用
平面镜的应用比较广泛,结合课本上的插图,让学生了解平面镜的应用.除课本上提到的,可以让学生列举还看到在哪些地方使用平面镜,并结合每种情况,分析平面镜起什么作用.
三、板书设计
探究活动
例1 生活中的平面镜应用广泛,如图1平面镜成像的四种应用,属于防止平面镜成像的是( ).
解析 本题是平面镜成像的几种常见的应用,A是杭州湾大桥在水中的倒影,使得夜景美丽壮观;B是店老板利用平面镜装饰店面使店面宽敞明亮;D是眼科医生检查视力的视力表,利用平面镜扩大视野空间.只有C属于眩目现象,干扰了司机的视线.夜间行车时司机不许车内开灯就是这个道理.答案选C .
例2 如图2,北宋诗人辛弃疾有一首诗:溪边照影行,天在清溪底.天上有行云,人在行云里.请写出诗中包含的两个物理知识点:
(1)__________________________;
(2)__________________________.
解析 (1)碧水蓝天,环境优美,天上行云在水中形成倒影,属于平面镜成像;
(2)人在云里行又是以行云为参照物.
例3 平面镜带来的光污染是指因光辐射过量而对生活、生产环境以及人体健康产生的不良影响(如图3).最常见的光污染是眩光.都市中的宾馆、饭店、写字楼等地方常用玻璃幕墙,使人宛如生活在镜子世界之中,将同楼房间的一举一动看得清清楚楚,暴露个人隐私.同时强烈反射太阳光使人无法正常休息.有时还能使局部温度升高,造成火灾隐患……
①从文中找出一个光学方面的物理知识填入横线:_____________________________;
②从上文中找出一个玻璃幕墙给居民生活带来的不便或危害的实例:_________________;
③如何预防光污染?请你提出一条合理的建议:__________________________.
解析 ①“使人宛如生活在镜子世界之中”是平面镜成像;②暴露个人隐私,强光使人无法休息,有时能使局部温度升高引起火灾;③减少使用玻璃幕墙等材料,或改变玻璃幕墙安装的角度.
点评 (1)现代生活中平面镜的使用越来越多,利用平面镜改变光的传播方向,控制光路,如潜望镜、高大建筑物把太阳光照射到屋内,改善照明条件;(2)装饰环境,增强明亮的空间效果,使环境如诗如画,如山水在湖面形成倒影;(3)利用平面镜反射来使微小变大,以便观测;(4)不合理利用也会给环境造成负面影响,带来光污染,主要表现在“白亮”污染,暴露个人隐私、夜间驾驶车内开灯,车前挡风玻璃成像影响驾驶员的视线等.
二、讨论中加深对平面镜成像特点的理解
1.掌握平面镜成像特点,解决实际问题
例4 图中小丑在平面镜中的像,正确的是( ).
解析 平面镜成像特点主要表现为物、像的大小相等,像距和物距相等,并关于平面镜对称,本题应选A.
例5 关于平面镜成像,下列说法中正确的是 ().
A.本身不发光的物体在平面镜中不能成像
B.从平面镜中可以看到物体的实像
C.人离平面镜越远,在镜中成的像越小
D.物与像到镜面的距离总是相等的
解析 只要有光线射向平面镜,发光或反光的物体均可成像,平面镜成等大的虚像,与物体距平面镜的距离远近无关,物与像到镜面距离相等.因此选D.
例6 如图5所示,是汽车司机从观后镜中看到一辆汽车徐徐驶来,那辆汽车的车牌号是( ).
解析 平面镜成像除大小相等、对称之外,应该认清“左右颠倒”的现象,所以本题应选B.
2.动态的平面镜成像问题
例7 一平面镜与水平桌面成45°角,一小球以0.5m/s的速度沿桌面向平面镜匀速滚去(如图6),则小球在平面镜里的像( ).
A.以0.5m/s的速度做竖直向上运动
B.以0.5m/s的速度做竖直向下运动
C.以1m/s的速度做竖直向上运动
D.以1m/s的速度做竖直向下运动
解析 解题关键是判断小球在平面镜中的像是怎样运动的.如图6所示,设小球从桌面A滚动到B,根据平面镜成像特点,分别作出小球在平面镜中的像A′和B′,可以知道A′和B′位于竖直方向,且有A′B′=AB.所以小球在镜中的像以0.5m/s的速度做竖直向下的运动,应选B.
点评 (1)平面镜成像是光的反射现象,因此满足光的反射定律,光源向周围发出的光线经平面镜反射后进入眼睛,引起视觉,我们感觉好像从镜后发出的,这就是像.
(2)分析平面镜成像问题关键是抓住成像特点,具体可以从两个方面来掌握:一是像的性质;二是像的位置.物和像关于平面镜对称,对称的含义有大小对称、位置对称,由于位置对称还可以导出运动对称,当平面镜静止时像运动的速度与物运动的速度大小相等,运动方向与平面镜的夹角相等.
(3)物体在平面镜中能否成像跟物体是否在平面镜正前方无关,跟平面镜大小无关,只要有光线射向平面镜就能成像.
(4) 人的眼睛观察到的像的大小,不仅跟物体大小有关,还跟“视角”有关,不能因视角变化的影响,而误判像的大小.
三、作图中考查规律的应用和技能
例8 如图7所示,平面镜前有一发光点S,通过平面镜,人可以在哪个范围内观察到此发光点的像?
解析 确定光源在镜子边缘的反射光线,就能确定人观察发光点像的范围.
方法一:如图7甲所示,从光源S向镜子边缘分别作入射光线SA、SB,根据光的反射定律作出SA的反射光线 AC和SB的反射光线BD,则在C-A-B-D的范围内均可观察到S的像.
方法二:如图7乙所示.根据平面镜成像的特点,像和物关于镜面对称,即可得到光源S的像S′.连接S′A,并延长到C;连接S′B并延长到D,则在C-A-B-D的范围内均可观察到S的像.
点评 平面镜成像作图法是研究平面镜成像的一种重要方法和技能,要比反射定律作图直观、简单.关键是根据平面镜成像的对称性,即像与物体的连线与平面镜垂直,像与物体到镜面的距离相等,连接SS′并作其中垂线就是平面镜的位置(如图所示),其他问题迎刃而解.
四、实验中彰显实验设计与科学探究能力
例9 如图8是探究平面镜成像特点的实验装置.
(1)用玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃板透明的特点,便于_____________ ;
(2)如果有3mm厚和2mm厚的两块玻璃板,应选择_____________mm厚的玻璃板做实验;
(3)如果玻璃板没有放正,将对实验产生什么影响?_____________ ;
1.认识平面镜成像的特点。
2.了解平面镜成的是虚像,初步了解虚像是怎样形成的。
3.了解日常生活中平面镜成像的现象。
教学重难点:
重点:平面镜成像的特点的探究。
难点:虚像概念的确立。
学具:平面镜成像实验器。
课时:第一课时。
课型:新授课。
板书设计:
4.3平面镜成像(1)
1.等大
2.等距
3.垂直,以平面镜为对称轴的轴对称图形
4.正立虚像
教学过程:
一、示标导入
1.播放刘谦的“幻境”魔术。
2.教师展示魔术表演:在竖直放置的玻璃板前面放一支蜡烛,后面什么也不放,左右手各拿一个打火机,向学生展示都可以点燃,然后两只手拿打火机向玻璃板前后的蜡烛靠近,在接近蜡烛时点燃靠近蜡烛的打火机,另一只打火机不点燃,学生就会感到两个打火机都点燃了,点燃蜡烛后,就会在玻璃板的前后看到两支蜡烛在燃烧。向学生展示在隔着玻璃板的情况下可以同时吹灭两支燃烧的蜡烛。然后请一名学生上台表演。完成后老师进行魔术揭秘,玻璃板的另一面什么也没有。
3.出示平面镜并介绍平面镜。
二、查学诊断
1.生活中哪些物体的表面可以当作平面镜。例如:( );( );( )……
2.照镜子时镜子里的你就是你的( )。
三、导学示教
1.根据魔术表演提出问题:平面镜成像有什么特点?
2.学生进行猜想。
老师把学生的猜想进行梳理、归类。
3.学生讨论、设计验证猜想的实验。
学生分组汇报设计的实验步骤。
4.学生完成探究实验。
开始实验时要求学生用平面镜进行实验,当实验无法进行时,让学生观察实验器材,改换成玻璃板进行实验。
5.学生完成探究实验后,分组到实物展台前汇报探究过程,展示数据,并得出结论。教师在黑板上板书平面镜成像的特点。
6.阅读课本“虚像”部分,理解什么是虚像。
重新展示导入时的魔术表演,用白纸在玻璃板后面承接蜡烛的像,在白纸上是看不到像的。向学生说明:用光屏无法承接的像是虚像。
四、练测促学
1.当一个人逐渐走近竖直放置的平面镜时,他在镜中的像逐渐_____(选填“远离”、“靠近”或“不变”)。
2.小明身高1.65米,站在平面镜前3米处,他在平面镜中的像高 米,像离镜面 米。
3.水中的倒影是河岸上的物体在水中所成的 (实或虚)像。
4.湖面上方有一只小鸟,小鸟距湖面5m,则小鸟在湖中所成的像距小鸟 m。
五、拓展延伸
1.选择玻璃板代替平面镜的目的是 。
2.刻度尺的作用是 。
3.选取两个完全相同的物体是为了比较像和物的 。
(1)了解平面镜成像的特点。
(0pt">(2)了解平面镜成虚像,了解虚像是怎样形成的。
(3)理解日常生活中平面镜成像的现象。
(4)初步了解凸面镜和凹面镜及其应用。
2.过程与方法
(1)经历“平面镜成像特点”的探究,学习对实验过程中信息的记录。
(2)观察实验现象,感知虚像的含意。
(3)通过观察感知球面镜对光线的作用。
3.情感、态度、价值观
(1)在探究“平面镜成像特点”中领略物理现象的美妙与和谐,获得“发现”成功的喜悦。
(2)培养实事求是的科学态度。
(3)通过对平面镜、球面镜的应用的了解,初步认识科学技术对人类生活的影响。
教学设计思想:
1、通过探究,使学生经历基本的科学探究过程,学习科学探究方法,发展初步的科学探究能力,领略物理课教学的特点和魅力。
2、本课的重点是:在“探究”和“设计”的过程上:“如何探究像与物是否等大”(实验目的)怎样比较虚像与物的大小找一个跟物体完全相等的物体(替代物)与像比较大小怎样才能同时观察到像与替身物把平面镜改为白玻璃(实验基本思想方法),从而有意识、有目的、有针对性地训练和提高学生思维的灵活性和技巧性,开拓学生思路,对学生思维的灵活性、深刻性和方向性进行训练,培养其发散思维能力。
教学过程设计:
一、新课引入
1、提出问题:照镜子,平面镜能成像(从生活中发现问题),平面镜成像有什么特点呢?
二、新课教学
2、提出猜想:
平面镜成像有什么特点呢?
(教师不做任何暗示,让学生充分想象)
[学生讨论、归纳]可能有下列猜想:(允许有不正确猜想)
(1)、像与物等大;
(2)、像与物到平面镜的距离相等;
(3)、像与物左右相反;
3、制定计划与设计实验:
如何来探究像与物的大小是否相等呢?
[明确探究目的]
[老师给学生思考空间,学生:思考、分析、讨论、归纳]
我们采用什么方法来验证像与物是否相等呢?[设疑]
比较像与物的大小。[明确探究方法]
找一个跟镜前物体完全相同的物体[替身物体]与像比较。
4、进行实验与收集证据:
同学们找桌子上的器材试试看,行不行。[白玻璃暂时不取出]
用两支相同的笔。
用两只相同的蜡烛。
同学们成功了吗?有什么障碍?
从平面镜的正面看见了像,想把“替身物体”放到平面镜后面的像位置上,从平面镜的背面,只看到“替身物体”,而看不见像,所以无法比较像与物的大小。
为什么像不见了呢?[学生:思考、讨论]
平面镜成的像不是真实存在的。
有没有真实存在的像,你们见到过吗?
小孔成像,像是有光线投射到光屏上形成的。
投影仪投射到银幕上的像。
电影院放映机投射到银幕的像。
树林里地面上圆形的小光斑就是太阳的像。
平面镜成的像是不是有实际光线会聚而成的呢?
不是的,平面镜的背面有一层漆,光线是不能透射过去的。
[小结]好!由实际光线会聚而成的,能够用光屏接收到的像,我们叫它实像,而平面镜成的像是光屏接收不到的,不是真实光线相交而成的像,所以叫作虚像。
怎样才能同时看见像和“替身物体”?
[学生:思考、分析、讨论、归纳]
要同时观察到像和替身物体,必须要让物体通过镜面的反射光线和替身物射出的光线都能进入人眼。(教师在此可作适当解释“光的反射”,具体下面要学习)
改进一 将教材上的观察照片“浇不灭的烛焰”改为演示实验.兴趣是最好的老师,良好的开端是成功的一半,课堂伊始,通过“浇不灭的烛焰”创设情境,引入新课,使学生亲临其境,既新奇有趣,激发了学生强烈的求知欲,又为平面镜成虚像埋下伏笔.
改进二 在探究平面镜成像规律这一重点环节时:1.将演示实验改为分组实验;2.将实验中所用玻璃板改用显微镜实验中所用的较薄的载玻片(一面贴上遮阳膜效果更好);3.用画在纸上的三角形替换物体.
改进后优点如下:1.遵循物理学以实验为基础,以学生为主体的原则,使学生由旁观者变为参与者,让学生经历物理问题的发现、猜想、探究的全过程,充分发挥学生主体参与的积极性,让学生真正成为学习的主人.2.改进后的实验取材方便,操作简单,各项特点尽在其中,形象直观,便于发现,易于归纳出结论.3.一次实验可测出三组距离相等,避免了一次实验的偶然性,容易发现规律.4.通过沿镜面折叠发现了物、像等大且关于镜面对称的特点,比教材上的方法更有说服力.
【教学过程设计】
一、创设情境 设疑引学
演示实验 浇不灭的烛焰:将三个杯子(1号和3号杯内是点燃的蜡烛)按图1所示位置放好,2号杯恰好在1号杯像的位置.让学生看到每个杯中均有点燃的蜡烛,然后向玻璃板后的两个杯中加水,当学生看到3号杯烛焰被浇灭2号杯“烛焰”不能浇灭这一奇异现象时,教师再把火柴放在2号杯“烛焰”上,再让学生看到火柴不能点燃.学生会展开想象的翅膀积极思考这是为什么呢?
二、新课教学
1.平面镜
提问 当你们想知道自己的模样时,首先想到的是什么?
引入 我们每天都照镜子,这种镜子表面是平的,叫做平面镜.今天我们就来好好研究平面镜成像的特点.
2.探究平面镜成像的特点
(1)观察现象 进行猜想
请同学照镜子,观察自己和周围同学的像,猜想平面镜成像的特点:
①;②;③;④.
思考 我们采用什么方法可以验证猜想是否正确呢?
(2)启发诱导 突破难点
我们要研究成像特点,首先要弄清像在哪里?
播放课件演示,通过观察现象、启发思考、引导发现等方法帮助学生分析确定“像的位置和大小”的方法——等效替代法.
①用玻璃板替代镜子.
②用物体替代像.
(3)改进实验 探究特点
具体方法如下:
①在实验桌上铺一张白纸,并用笔画一条直线,在直线左侧1-3厘米处画一三角形ABC,如图2所示.
②将载玻片用橡皮泥沿直线竖立在桌面上,让学生从有三角形的这一侧,透过载玻片观察 ABC的像,再让学生不透过载玻片直接观察纸上是否能看到 ABC的像,指出能被人看到,但不能在屏幕上呈现的像叫做虚像.
③描出这个虚像 A′B′C′, 如图3所示(可以先描出三个顶点,再连成三角形) 移去载玻片.
④指导学生将 ABC及其虚像 A′B′C′的三对对应顶点用直线连接起来,如图4所示.可以看出:物、像连线与镜面垂直.
⑤用刻度尺分别测量出物、像对应点到直线MN(镜面)的距离,引导学生分析归纳得出:像和物到镜面的距离相等.
⑥指导学生沿直线MN将纸片对折,可发现 ABC与其所成的虚像 A′B′C′完全重合,可得出:像与物大小相等且关于镜面对称.
归纳总结 得出结论 平面镜成像特点:平面镜所成的像是;像的大小与物体的大小;
像和物到平面镜的距离;像与物相对于镜面是的.
3.平面镜成像作图
阅读教材 学习方法 指导学生阅读课本P70“方法”内容,学习根据平面镜成像特点用对称法作图.
注意 ①物体与像的连线与镜面的垂足要标出;②平面镜所成的像是虚像,必须用虚线画线.
姓名_________ 实验日期____年__月__日
实验名称 探究平面镜成像的特点
实验目的 观察平面镜成像的情况,找出成像的特点。
实验器材 同样大小的蜡烛一对、平板玻璃一块、白纸一张、三角板一对、刻度尺一把
实验原理
实验步骤
平面镜成像有什么特点?
2.猜想与假设:
平面镜成的像到平面镜的距离物体到平面镜的距离,像与物的大小可能。
3.设计实验和进行实验:
(1)检查器材。
(2)在桌上铺上白纸,在白纸上竖直的放上平板玻璃,在纸上记录玻璃板的位置。
(3)把点燃的蜡烛放在玻璃板前。
(4
(5)观察两根蜡烛的位置并记录。
(6)找出平面镜成像的特点及像的位置跟物体和平面镜的位置的关系。
(7)整理器材、摆放整齐。
物理实验报告
____级__班__号
姓名_________ 实验日期____年__月__日
实验名称探究凸透镜的成像特点
实验目的 探究凸透镜成放大和缩小实像的条件
实验器材标明焦距的凸透镜、光屏、蜡烛、火柴、粉笔 实验原理
实验步骤
1.提出问题:
凸透镜成缩小实像需要什么条件?
2.猜想与假设:
(1)凸透镜成缩小实像时,物距u_______2f。(“大于”、“小于”或“等于”)
(2)凸透镜成放大实像时,物距u_______2f。(“大于”、“小于”或“等于”)
3.设计并进行实验:
(1)检查器材,了解凸透镜焦距,并记录。
(2)安装光具座,调节凸透镜、光屏、蜡烛高度一致。
(3)找出2倍焦距点,移动物体到2倍焦距以外某处,再移动光屏直到屏幕上成倒立缩小的清晰实像的为止,记下此时对应的物距。
(4)找出2倍焦距点,移动物体到2倍焦距以内某处,再移动光屏直到屏幕上成倒立放大的清晰实像的为止,记下此时对应的物距。
(5)整理器材。
2教学目标
2.1知识和技能
(1)了解平面镜成像的特点;
(2)了解平面镜成虚像,了解虚像是怎样形成的;
(3)了解日常生活中平面镜成像的现象.
2.2过程与方法
经历“平面镜成像特点”的探究,学习对实验探究的基本思路和方法.
2.3情感、态度与价值观
(1)通过对平面镜的物与像对称的讨论,领略平面镜成像的简洁对称之美;
(2)使学生在“探究”中体会克服困难、解决问题的过程,发现成功的喜悦,激发学生探索自然奥妙的好奇心和求知欲;
(3)认识平面镜在科学技术、生产和生活中的广泛应用.
3教学重难点
教学重点:(1)平面镜成像的特点;(2)实验探究的方法与合作学习.
教学难点:(1)虚像的概念;(2)平面镜成像原理.
4课程资源
本节课以课程资源作为载体,而不仅仅是内容.物理学家劳厄说:重要的不是获得知识,而是发展能力.“教给学生方法比教给学生知识更重要”,因此在教学中应引导学生学会观察、动手、动脑、交流、表达的方法,发展学生思维的深刻性、灵活性和创造性.
大力挖掘生活中的相关现象,可以更进一步激发学生的好奇心,对提高学生兴趣和注意力有较大的帮助.本节课探究实验器材简单,易于操作,能让学生很好享受学习的快乐和探究的成就感.多媒体的运用更是加大了课堂容量,使学生乐而学之.
教师演示:带底座的玻璃板(可以旋转)、平面镜、蜡烛、 火柴、课件、万花筒.
学生探究实验器材:一张带底座的玻璃板、高度相等和不等的蜡烛若干、火柴、一张白纸、刻度尺、平面镜、小刀、实验报告单.
5教学方法、策略分析
苏霍姆林斯基说过:“在人的心灵深处,都有一种根深蒂固的需要.这就是希望自己成为一个发现者、研究者、探索者”.新的课程理念认为:在注重知识技能的同时更应注意过程与方法.本节课的具体的教学方法和教学手段有:分组实验法,科学探究法,直观演示法,等效替代法,自主讨论和评估交流.
总的教学策略是教师引导,学生自主探究、交流合作讨论的教学模式,紧密联系生活实际,提高学生学习兴趣和学习效率.合理搭建探究的“脚手架”,降低探究难度.通过“想一想、看一看、猜一猜、讲一讲、动一动、试一试、画一画、比一比”等多种活动,使学生手、脑、眼并用,印象深刻,体验丰富,学生动静结合、一张一弛,松紧有度.
6教学流程图
7教学设计
一、创设问题情境,激发探究欲望
播放《加菲猫》动画视频,引入课题.
设计意图:通过视频短片,将学生带到创设的问题情境中,寓教于乐,激发学生的学习兴趣.
二、平面镜成像实验探究
1.提出问题
学生利用课桌上的平面镜自我观察,提出与平面镜有关的问题.
设计意图:教学理论认为,问题是思维的动因,是探究的起点,人们只有发现和提出问题,才能积极思考和寻求解决方法.
2.猜想假设
鼓励学生根据生活中的切身体验大胆猜想:
像和物的大小相同.
像和物的距离相等.
像、物左右相反.
像远小近大.
设计依据:牛顿指出,没有大胆的推测,就不可能有伟大的发现.
3.设计实验
教师引导学生设计实验:
(1)如何选用器材?
(2)如何确定像的位置?
(3)如何确定像和物的大小关系?
(4)如何比较像和物到镜面的距离?
设计完毕,个别组展示设计方案,鼓励学生利用身边的物体展开实验.
完善实验方案,明确探究目标.
设计意图:培养学生设计方案,选择实验器材的能力,有利于发挥学生的实验创新,培养学生的创新精神和创新能力.注意引导等效替代法的应用.
4.进行实验
教师巡视指导,学生实验探究,强调分工合作,相互交流.重点指导能力较弱的小组,同时提醒学生注意安全.
设计意图:体现“以学生为主体,以教师为主导”的新课程理念和教师对学生的人文关怀.
5.分析论证
小组展示实验并在课堂上交流探究结果.此环节由学生自己总结,教师做适当引导,然后师生共同整理探究结果:
(1)像和物到镜面的距离相等;
(2)像和物的大小相同;
(3)像和物的连线垂直镜面.
设计意图:让学生自己总结实验结论,一方面学生总结可以不受限制,可能会提出与结论不一致的问题;另一方面学生在互相质疑中能引起学生的兴趣,加深对问题的理解,培养学生分析问题和归纳问题的能力.
6.交流评估
提出问题交流,为学生日后实验探究打下良好基础.
(1)你做了几次实验?做一次可以吗?
(2)当蜡烛远离平面镜时像会变小吗?像的大小由什么因素决定?
(3)像和蜡烛到镜面距离的测量值都相等吗?
(4)如果玻璃板是倾斜的,水平桌面上还能够找到蜡烛的像吗?
设计意图:领略物理现象的美妙与和谐,获得发现成功的喜悦.让学生认识基本的科学探究方法,体现“从物理走向社会”的新课程理念.
三、虚像
1.利用多媒体课件从理论上分析平面镜成虚像的原因.
2.教师用白纸承接多媒体投影的像.
3. 故事:猴子捞月.
设计意图:通过让学生感受虚像,然后利用现代化教学手段从理论上分析,突破教学难点,符合从感性到理性的认知规律.
四、看看做做再获新知
学生游戏,再通过几何画板软件分析平面镜成的像和物是一个轴对称图形,发现规律,深化理解.
设计意图:缓解学生探究疲劳,活跃气氛,再获新知.超越学科本位,为日后作图练习打下良好基础.
五、基本应用
1.列举平面镜的应用,多媒体播放平面镜应用例子,说明平面镜可以成像和改变光路.
2.举例县城工行大楼玻璃幕墙对路人的影响,分析平面镜成像对我们的不利影响.
设计意图:体现了“从物理走向社会”的新课程理念.教育学生一分为二的看问题,让学生深刻认识物理就在身边,体现了教学的乡土特色.
六、课后拓展
教师演示两块平面镜的组合的成像情况,激发学生课外动手动脑的探究兴趣.
设计意图:用先进的网络手段开拓学生视野,将探究活动延伸到生活,培养学生的自主探究意识.
七、课堂小结
设计意图:梳理知识
八、随堂检测
展示试题(含关于加菲猫的原创试题)
设计意图:初步评估教学效果,体现教学的独创性.
九、板书设计(略)