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物理是以实验为基础的一门科学,在反复的实验过程中同学们会出现各种各样的想法,这些想法千奇百怪,其中也不乏有些好的有创意的金点子,现在想想有时候知识目标并不是最主要的,也许若干年后,他们虽然已经忘了你讲的物理知识,但是留给他们的物理方法和科学理念是受益终身的,所以重点是对每一位学生发现解决问题的过程中科学方法和能力的培养,要让每一位同学都动起来,培养动手能力的素养,营造一个和谐有趣的课堂氛围,要让每一位学生认识到:不要以为物理只属于那些高深莫测遥远的物理学家们。物理其实是属于每一个普通人的,就像音乐不仅仅属于音乐家一样。本次平面镜实验的教学改进也不是我一个人的功劳,多亏了善于动脑的同学们,是他们给了我研究教学改进的灵感,(比如:白天教室里的玻璃是透明的,可是一旦到了晚上玻璃就几乎变成了一个平面镜)下面简单的谈谈我对平面镜成像实验的教学改进方法:
平面镜是同学们生活中常见的日用品,大家对它的成像特点已经有了一定的了解,所以在处理本节课时,可以先唤醒学生们已获得的生活经验,然后再经过实验总结出平面镜的成像规律,人教版八年级物理(上)第二章第三节平面镜成像实验传统教学常用玻璃板来代替平面镜。因为采用玻璃板代替平面镜,虽然成像不如平面镜清晰,但却能在观察到A蜡烛的像的同时,也能观察到B蜡烛,巧妙地解决了确定像的位置和大小的问题。为了更清晰的看到“镜”中的像,我们要求玻璃前的物体要尽可能的亮,而环境要尽可能的暗。而玻璃后的物体也要尽可能的亮,环境要尽可能的暗。所以平面镜成像实验适合在较暗的环境下进行。
平面镜能改变光的传播路线,但不能改变光束性质,即入射光分别是平行光束、发散光束等光束时,反射后仍分别是平行光束、发散光束。由物体任意发射的两条光线,经过平面镜反射,射入眼睛。人眼则顺着这两条光线的反向延长线看到了两条线的交点,即我们在平面镜中看到的像,但是平面镜后面是没有物体的,所以物体在平面镜里成的是虚像(平面镜所成的像没有实际光线通过像点,因此称作虚像);像距与物距大小相等,它们的连线跟镜面垂直,它们到镜面的距离相等,上下相同,左右相反。成的是正立等大的虚像。
这样进行实验虽然比较规范系统,但是对于初中的学生来说却显得很枯燥乏味,把简单的问题变得复杂难以理解。因为毕竟这个天天都能见到的日用品再普通不过了,显然没有什么新意和乐趣可激发学生的兴趣。所以在教学处理上我是这么做的:
先设计一个情景剧,在黑板中间画一条竖线把它假想成平面镜,然后找两位同学上来分角色扮演实物和镜子里的像,“物体”先动一步,然后“虚像”根据他的变化做出相应的变化,(如敬礼,向前一步走,左转等简单动作)然后全班同学一起来进行观察,得到初步的成像规律,即物体和像到镜面的距离相等,上下相同,左右相反。通过再现这个生活情境,有效的激发了学生的学习兴趣,使同学们带着疑问,充满好奇的开始进行科学探究活动。
然后通过分组实验来进一步得出具体的规律:
改进方法如下:
选用的器材尽可能贴近生活且廉价:牛奶箱子(学生每个月都会发一箱牛奶,空箱子应该是唾手可得的。)玻璃板(箱子口一般大小即可), 黑卡纸,坐标纸,粗记号笔,透明胶布。
1.玻璃的边缘比较锋利,为了避免实验过程中伤到同学们,所以需要把边缘粘上透明胶布,玻璃不能太厚,因为两个分界面会产生两个虚像,而且还会发生折射,产生较大误差,对实验有干扰,不易区分。
2.以往的实验过程周围的环境比较复杂,易造成视觉的误差,所以这次试验我选择在牛奶的暗箱里去做,用黑色卡纸把牛奶箱子的内表面糊上,而且下面的纸采用坐标纸,便于观察并做出实验的标记。
3.玻璃板要与坐标纸保持垂直。这个实验的前提条件先不给出,让同学们自己去做,然后发现玻璃板与坐标纸不垂直的情况下,坐标纸上的写的字所成的虚像会浮在玻璃后的坐标纸上、或沉在坐标纸下面,用记号笔是无法描像的,这时由学生们自己归纳总结出要镜面与桌面垂直。
4.传统实验用蜡烛去做实验,观察一段时间后,蜡烛因为燃烧会变短,并且会有很大的味道,实验过程中点燃蜡烛有明火,而且每个桌上都要有抹布,需要注意很多安全事项,实验中存在一定的安全隐患,而且两只蜡烛的形状也不一定相同。所以本次平面镜成像实验采用粗记号笔取代蜡烛,写一个简单的字母或阿拉伯数字,然后在另一侧用记号笔去描这个虚像。由于后面黑色卡纸的原因,使虚像更加明显。标记下平面镜的位置,然后取下坐标纸,比较像与实物的形状大小及位置关系。
一、提出问题,引导学生猜想与假设
从生活走向物理,结合学生生活体验,提出物理问题,引领学生猜想与假设。例如,教课版八年级《 平面镜成像》实验的教学,从学生熟悉的照镜子出发,提出“平面镜到底能成什么样的像?像和物大小一样吗?像和物到镜子的距离如何”等诸多问题。引导学生结合平时照镜子的生活体验,进行猜想成像性质,于是各种猜测就出现了。通过课堂提问的方式让学生用语言表述内心的假设,虽然猜测很简单,表达不甚准确,但是,引发了学生的兴趣,充分地调动了全体学生参与的积极性,使得课堂气氛非常活跃。
二、让学生制定计划,动手设计实验
制定计划与设计实验是科学探究过程中的重要环节。有了猜想与假设之后,就要验证是否正确。引导学生观察《平面镜成像》实验装置进行思考,让学生提出如下问题:
1.用玻璃板代替平面镜的目的是什么?
2.为什么要找两支相同的蜡烛?
3.像与物体的连线与镜面有什么关系?
4、平面镜成像是虚像还是实像?
5.平面镜如何放置最好?
6.两只蜡烛是否都需要点着?
7.都需要记录哪些数据?
8.实验操作程序是什么样的?
根据上述问题和猜想,明确实验原理、实验目的,让学生制定计划,设计实验。由于学生刚刚开始学物理,教师组织学生对设计方案进行交流,针对探究的方案进行指导,并做出适当的评价、归纳和总结。引导学生对自己提出的实验方案进行改良,从而确定了实验方案。
三、选择器材,进行实验,收集数据
动手实验前,教师帮助学生设计完成探究步骤,同时提醒学生在进行实验时,怎样才能保证器材安全,怎样减小误差,怎样让实验更方便操作等等。让学生尝试选择探究所需器材,比如使用什么仪器才能测量像距、物距?为什么选择平板玻璃而不选择不透明的平面镜?让学生形成综合分析各种因素选择实验器材的意识,逐步提高全体学生选择实验器材的能力。以小组为单位,进行实验。学生在桌子上平铺白纸,在镜前点燃蜡烛,但手不能伸到镜子里去,自然的想到用平板玻璃代替平面镜,在玻璃板的后面放上一只没有点燃的蜡烛,移动位置观察到了和点燃的蜡烛完全重合的像,看到蜡烛燃烧但没有点燃,得到了平面镜成虚像的事实。
实验数据是形成科学结论的证据。因此,一定要让全体学生参与到实验中去,认真收集数据。同学们观察、记录像到平面镜的距离和物体到平面镜的距离,得到多组实验数据,并记录在表格中。学生有了探究欲望与勇气,他们还要继续探究平面镜斜放成像如何?等等。虽然平时有些学生不爱动手,但在其他同学的影响、老师鼓励下,也踊跃的参与到探究中来。这样的探究活动不仅激发了学生的学习兴趣和求知欲,还增强了学生的动手动脑能力,同时也培养了学生们的分析概括、交流及科学探究能力。
五、根据实验,得出结论
科学探究目的,是为了通过探究发现客观规律。学生进行实验后,各小组根据实验记录数据及实验现象,分别综合、讨论、交流得出结论:平面镜成虚像,物体到平面镜的距离与像到平面镜的距离相等,像和物大小相等,像和物对应点连线与平面镜垂直。通过科学探究得出科学结论的同时,以小组为单位开展探究性实验,使学生产生紧迫感,有利于学生之间相互研讨、相互启发、相互学习、相互帮助,从而产生1+1>2的效果。
六、让学生学会合作与交流,培养科学探究的能力
新课程标准已经将知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观摆在了同等重要的位置。因此我们不能只关注学生实验的结果是否理想,更要关注学生对探究过程的自主参与程度。不管实验结果如何,在得出实验结论之后,都要组织学生进行交流和讨论探究过程的有关问题:
1.你的猜想和实验结论是不是相符?
2.你的结果和其他同学相比有没有差异?
3.在探究过程你是否发现了新问题?
4.你对这个实验装置是否满意?如果不满意是否有新的改进?
认知目标1.理解平面镜成像特点
2.知道在光的反射现象中光路可逆
3.知道潜望镜、万花筒的光学原理
技能目标学会平面镜成像作图法
重点
平面镜成像特点
难点
“像”的概念,区别实像和虚像,全国公务员共同天地
教学过程
复习
1.光的直线传播
2.光的反射现象及反射定律
3.光路可逆
导入
学生观察课本P54照片
设问湖中的倒影是怎样产生的?为什么与湖面上的景物对称?
展示表面平的镜子、玻璃板、表面抛光的金属板、平静的水面、大理石及透明塑料片等都能产生与物体对称的影子。
这类反射面是平面的镜子称为平面镜。
新课
一、平面镜所成的像有什么特点?
实验1内容活动卡P35实验1
记录将蜡烛和蜡烛的像的位置用刻度尺连起来,
量出蜡烛到镜面的距离和蜡烛的像到镜面的距离。
结论平面镜所成的像是虚像;像和物体到平面镜的距离相等;像和物体的大小相等;像和物体对镜面来说是对称的。
实验2内容活动卡P35实验2
观察比较描画与原画的大小、左右和朝向关系
结论虚像、对称、大小相等
练习课本P56思考与练习1.2.5.
二、平面镜中的像是如何产生的?
阅读课本P54-P55
发光点S发出的光束经平面镜反射,进入人眼。所有反射光线的反向延长线都交于镜面后的S''''。因为光的直线传播,人眼感到反射光线是从镜面后的S''''发出的,好像S''''在发光,S''''实际没有光线射出,它是发光点S在平面镜中所成的虚像。物体上的每一点都会在平面镜中形成一个相应的虚像点,在平面镜中就形成了物体的像。像的大小与平面镜的大小无关。
演示平面镜成像作图法
利用物像对称性先决定像点位置,任取两根发散光线并画出反射光线。(用虚线表示反射光线的反向延长线)
提问如果入射光线沿着反射光线的方向射入,情况会怎样?
练习活动卡P36思考和讨论1.2.
课本P56思考与练习3.4.6.
三、平面镜的应用
阅读课本P55
平面镜作用:1.成像2.改变光路
练习活动卡P37探究1.2.3.
小结1.平面镜所成的像特点
2.平面镜中的虚像的产生
3.平面镜的应用
作业
活动卡P38家庭实验1.2.
板书
一、平面镜成像特点
1.平面镜所成的像是虚像;
2.像和物体到平面镜的距离相等;
3.像和物体的大小相等;
4.像和物体对镜面来说是对称的。
二、平面镜成像原因
1.光的反射
2.光路可逆
三、平面镜成像,全国公务员共同天地应用
一、平面镜的结构及反光原理是怎样的?
由于平面镜是在一块平板玻璃的一面均匀地镀上一层金属膜(多是银,现在也用铝等),膜外面涂上一层保护漆(图1)。当光射到平面镜上,先透过玻璃层,遇到金属膜则全部反射,反射光先透过玻璃层再进入空气里传播,光在经过空气和玻璃的交界面时虽有折射,但因玻璃较薄,一般不考虑其对光路的影响。
二、平面镜是怎样成像的?
平面镜前的蜡烛是怎样成像的呢?如图2,在烛焰上取一点S,发光点S射向镜面的光线经镜面反射,这些反射光线的反向延长线会相交于镜面后同一点S′(根据光的反射定律和三角形全等知识可证明),而这些反射光进入眼睛后,眼睛只能感觉到光是沿直线传播而来(即不能感觉出光在进入人眼前的过程中是否改变过光路,只能感觉光是沿最后进入眼睛的光所在直线上的某点发出的),所以反射光AD、BE、CF进入人眼后,人就感觉到它们好像是从它们反向延长线的交点S′发出的,于是就看到了像点S′。通过实验知道,在镜子后面实际上并没有这个发出光线的点,所以叫虚像,物体上的每个点在镜子里都能按如此原理成一个像点,所有的像点就组成整个物体的虚像(这就是平面镜成像原理)。上述过程中眼睛只能感觉到的光是沿直线传播而来,这是眼睛的生理功能所决定的,这一点需要我们慢慢理解它。
三、平面镜成像大小与物体距镜远近是否有关?
通过实验探究得知:平面镜所成的虚像是正立的,像与物等大到镜面等距。从实验的角度容易理解这一结论,但由于在日常生活中,我们感觉到:物体距离平面镜越远而其像越小的情况。因而有人对“像与物等大”表示怀疑。这又怎样来解释上述“情况”呢?
原来,这是没把“像”理解成一个客观对象有关。一个物体只要放在平面镜前方,它就能在平面镜中对称的位置上成一个像,这个像虽然是虚像,但它与物体一样是客观存在的事实。
而实际上,物体的长度(含长短、粗细)是一定的,但人距它越远,看到它感觉到它会越小,这与物体在视网膜上所成的像的大小有关。即物体距眼睛越远,通过眼球“凸透镜”成于视网膜上的倒立、缩小的实像也就越小,通过视神经传输到大脑视觉中枢感觉到的物体就越小。因此不能因距离它远感觉到它小,就说它的长度在变小。而实际上物体的长度是由物体本身决定的,而不是以我们的感觉来决定的。所以,无论我们距物体远近感觉它大或小,物体的长度都未变。但在生活中,我们看到的远处的物体,能对它的大小进行估计,这是根据物体在背景中的大小比例并结合生活经验,综合分析而得到的。
在平面镜前观看物体的像大小也是这样的道理,应理解像是一个“客观的对象”,其大小是由像本身来决定,根据平面镜成像特点知,像与物始终是等大的,所以,无论我们感觉到物距平面镜的距离发生怎样的变化,从而感觉到的像无论是大还是小,它也只能是由物体本身来决定,而不是以我们的感觉来决定的。平面镜成像大小与物体距镜远近无关。
四、为什么平面镜成像与实物左右相反而不上下相反?
当你面对平面镜举起左手时,映在镜中自己的像却是举起右手,在平面镜中成像与实物总是左右相反而不上下相反(图3),为什么呢?
这可从平面镜成像的原理来分析:物体放在平面镜前,它上面的每个点反射出的光遇镜即反射,其反向延长线于镜中相交的点即是成像点。物体上所有点射出的光遇镜反射后都按上述那样在镜中形成所有的像点而组成虚像。因而像与物体大小相同,像到镜的距离与物体到镜的距离相等。于是像与物体相对于平面镜对称。
由于平面镜成像有上述特点,观察者在判断左、右、上、下等位置时,通常是以其自己身体为坐标系来确定的。如在照镜时,以镜中像为坐标系,两相比较,所以就感觉到像与自己的左右相反;仔细观察比较并无上下相反情况。
一.选择题
1.下列物品中属于自然光源的是( ).
A.月亮B.点燃的蜡烛
C.太阳D.人
正解:C.光源分为自然光源和人造光源.题中A不是光源,B是人造光源,C是自然光源.
2.下列说法中正确的是( ).
A.彩色电视机的各种色彩是由红、黄、蓝三种色光合成的
B.蓝色玻璃只让蓝光透过
C.紫外线眼睛是可以看见的
D.红外线可以使荧光物质发光
正解:B.本题考查光的三原色、物体的颜色和人眼不可见的光.光的三原色是红绿蓝;透明物体什么颜色就透过什么颜色的光,不透明物体什么颜色就反射什么颜色的光.
3.如图所示的四种情景中,属于光的直线传播的是( ).
正解:C.A是光的反射现象,B、D是光的折射现象,C是光的直线传播.
4.如图是探究平面镜成像特点的实验装置,a为玻璃板,b为点燃的蜡烛,c是和b完全相同,但未点燃的蜡烛.则下列说法中错误的是().
A.沿水平桌面移动蜡烛c不能使c与b的像完全重合是因为玻璃板没有与桌面垂直放置
B.眼睛透过玻璃板看见的“蜡烛c”实际上是光的折射所形成的虚像
C.某同学发现镜中出现了b的两个不重合的像是由于光在两个反射面上两次反射成像造成的
D.为了保证实验效果应选择较厚的平板玻璃做实验
正解:D.本题考查的是平面镜成像实验中玻璃板替代平面镜、玻璃板竖直放置、玻璃板不能太厚等细节问题.
5.汽车的挡风玻璃不竖直安装的主要原因是为了( ).
A.造型美观
B.排除因平面镜成像造成的不安全因素
C.减少外界噪声的干扰
D.增大采光面积
正解:B.本题是平面镜应用的问题,平面镜不竖直放置的原因是防止平面镜成像干扰驾驶员正常行驶.车夜间行驶时车内的灯也是要关闭的.
6.平面镜对光线既不会聚也不发散,那么凹面镜对光线会有什么作用呢?小枫开动脑筋,找到了所有可能的情况:会聚、发散、既不会聚也不发散.然后,他利用激光笔手电筒对着凹面镜照射,观察到如图所示的现象.则小枫的学习经历了怎样的过程?( ).
A.提出问题、设计实验和进行实验、得出结论
B.提出问题、假设、设计实验和进行实验、交流与评估
C.提出问题、假设、设计实验和进行实验
D.实际实验和进行实验、得出结论、分析和论证
正解:C.本题考查科学探究的步骤,发现并提出问题、作出猜想和假设、设计实验,制定方案、进行实验,收集证据、评价证据、得出结论、合作与交流.
7.清澈平静的湖面上空,有只小燕子正向下俯冲捕食.小燕子向下俯冲过程中,通过湖面所成像的虚实、及其与像之间距离的变化是( ).
A.虚像、距离变小 B.虚像、距离变大
C.实像、距离不变 D.实像、距离变小
正解:A.平面镜成像的特点:虚像、物像等大、物距等于像距、物像对应点连线与镜面垂直.小燕子俯冲,是指物距变小,所以像距相应变小.
8.光学知识在生活中有很多的应用,下面说法中不正确的是( ).
A.自行车尾灯的作用是能够把从任意方向射向尾灯的光线改变180°角返回
B.战士在射击时,使靶心、手枪上的缺口和准星“三点一线”是利用光的直线传播知识
C.检查视力时,如果房间不够大,医生经常用一个平面镜反射视力表,我们观察平面镜中的视力表即可,这是利用平面镜成像的知识
D.人的眼睛和照相机一样都成倒立缩小的实像,不同的是人眼的视网膜把像倒过来了
正解:D.本题是光现象知识的综合应用.A中的自行车尾灯实际上是角反射器,可以将光线按原方向反射回去;C平面镜有两个应用,成像和扩大视觉空间;D人眼相当于照相机的镜头,成倒立缩小的实像,通过视神经调节成正立的.
二、填空与作图
9.下列现象中,属于光的直线传播的是
;属于光的反射形成的是;属于光的折射的现象的是:.
(1)阳光下形成的树阴;(2)雨后天空出现的彩虹;(3)平面镜中看到自己的像;(4)从岸边看游泳池内水的深度变浅;(5)黑板上粉笔字的反光;(6)白云、飞鸟在湖中的倒影;(7)坐井观天;(8)夜晚,路灯下的人影;(9)从同学的眼睛里看到自己的像;(10)水中“出现”一个月亮;(11)日食和月食;(12)太阳未出地平线,人已看到太阳(13)插入水中的筷子在水面处“弯折”了
正解:(1、7、8、11)(3、5、6、9、10)(2、4、12、13).本题综合考察了光现象的直线传播、光的反射、光的折射等知识.黑板上字的反光是漫反射,有时看不清黑板上的字,那是因为黑板发生了镜面反射;对于凸透镜而言,在发生折射的同时,它的表面也发生了反射现象;由于大气层是不均匀的,光在其中传播时会发生折射现象,因此,早晨会提前看到太阳,即太阳的实际位置在看到位置的下方.
10.2009年7月22日上午,五百年一遇的罕见日全食在天空上演,我国长江流域12个省区市能见日全食,观测日全食不能用肉眼直接对着太阳,如果没有专用的太阳滤镜,可采用如下的三种简便方法.方法一:准备一盆黑墨水置于阳光下,在脸盆中观察太阳的像,如图甲所示,这是利用了 成像原理;方法二:将手指展开,互相垂直叠放,如图乙所示,对着阳光,在白纸上观察太阳的像,这利用了 成像原理;方法三:如图丙所示,用啤酒瓶底观看日食,啤酒瓶底可以一些色光,避免强光伤害眼睛.
正解:平面镜、小孔、 吸收(或挡住).图乙中双手交叉 ,手指之间有缝隙,相当于小孔,白纸作光屏;由于啤酒瓶是有一定颜色的透明物体,太阳光通过啤酒瓶时有一部分光被吸收了.
11.青海省玉树县4月14日07时49分发生地震后,为了及时了解受灾情况,相关部门利用了飞机航拍和卫星遥感技术.飞机航拍只能在白天进行,利用的是地面物体 (选填“反射”或“折射”)的可见光来拍摄,拍摄时物体距离相机镜头的距离应 (“大于”“等于”或“小于”)二倍焦距.而卫星遥感则可以昼夜不停地工作,因为它不仅可以感知可见光,还可以感知物体发出的 (“紫外线”或“红外线”).
正解:反射两倍焦距之外(或大于2f)红外线.一切物体都在向外辐射红外线,温度越高,辐射能力越强,红外线具有热效应;紫外线具有荧光效应,能杀菌.
12.如图所示,小明将一枚硬币放在碗的底部,眼睛在A处恰好看不到它.
(1)小明看不到硬币,这是因为光在均匀介质中沿传播;
(2)将平面镜放到碗边适当的位置,小明在A处通过平面镜看到了硬币的虚像, 这是利用了光的现象;
(3)沿碗壁缓缓向碗中加水,小明在A处也能看到硬币的虚像,这是利用了光的现象
正解:直线、反射、折射.本题是光学知识的应用,本来看不到硬笔是因为光沿直线传播;加水后能看到硬币是因为光发生了折射的原因.
13(1)如图甲所示,光源S发出的一条光线射向水面,在水面处发生反射和折射后,反射光线经过A点,水中的折射光线经过P点,请你作出入射光线、反射光线和折射光线.