师:同学们,大家好,请准备好这节课的学习任务单。这节课我们来学习人教版八年级物理上册第四章第三节——平面镜成像。上节课我们学习了光的反射,知道光射到物体表面会发生反射现象,我们能看到自身不发光的物体就是因为光的反射。通过这节课的学习,希望同学们能解释生活中的相关现象,并将所学知识应用到实际生活中。
这节课的学习目标如下:一、通过实验探究了解平面镜成像特点;二、能描述平面镜成像的特点;三、了解平面镜和球面镜在生活中的应用。
首先,老师给同学们表演一个小魔术——浇不灭的蜡烛。往透明的烧杯中缓缓注入清水,随着水面升高,水面逐渐淹没火苗。咦,神奇的现象出现了,烧杯中的蜡烛火苗为什么没有被水浇灭呢?我们把镜头拉远,你看到了吗?玻璃板前也有一支点燃的蜡烛。如果撤去玻璃板,烧杯中的蜡烛不见了;再把玻璃板放回原来的位置,烧杯中浇不灭的蜡烛又出现了。所谓浇不灭的蜡烛,其实是镜前的蜡烛在镜中所成的像。
魔术中的现象在生活中处处可见,比如常见的梳妆镜、穿衣镜、浴室镜,通常都是在平板玻璃后面镀上一层金属涂层制作而成的,平面镜成像非常清晰。除镜子外,平静的水面、平整玻璃表面、光滑的物体表面都能成像,它们都可以作为一面镜子。请同学们仔细观察图片,结合生活经验,猜想一下平面镜成像有哪些特点呢?
生1:显而易见是一样大。
生2:不见得,我穿衣时从大镜子里看自己,感觉都比本人小些呢。
生3:可能是你离镜子比较远的原因吧。
生2:我发现离镜子近看到镜中的自己大,离镜子远时看到自己的像变小。物体离镜子的距离会影响像的大小吗?会影响像的位置吗?
师:好,同学们都表达了自己的观点,也提出了一些困惑。那么平面镜所成的像有哪些特点呢?像的大小真的和物体一样大吗?当物体距平面镜的距离发生变化时,像的大小会发生变化吗?接下来就让我们一起来探究平面镜成像的特点。首先,请同学们仔细阅读课本77页的实验说明,然后和老师一起来思考几个问题:一、在实验中应选择什么样的镜面?二、在实验过程中如何确定物和像的关系?在实验前,镜面又该如何摆放呢?如果我们选择带金属涂层的普通平面镜,会发现它成像非常清晰,但当我们把物体移至镜后试图进行观察和比较时,视线会被不透光的镜面挡住。这种平面镜成像只可观而不可测。为了能同时看到平面镜所成像以及镜后的情况,本实验中我们选择用半透明的玻璃板代替平面镜,这样成像既清晰,又可以透过玻璃板看清镜后的物体,既可观又可测。
在实验时,我们如何来比较像与物的大小关系呢?如果我们把镜前的物体移至镜后,试图与镜中的像进行对比时,会发现镜中的像消失了,无法进行比较。因此,我们的方法是再取一个与镜前A完全相同的物体B,用来替代镜前的物体,保持镜前物体A不动,把物体B移至镜后进行对比。
我们再来说如何比较像与物的位置关系。在平面镜成像中,物到平面镜的距离叫做物距,像到镜面的距离叫做像距。为了确定像与物的位置关系,我们在实验中不仅要观察到像,而且还要用笔在坐标纸上标记出物和像的位置,以方便比较。细心的同学会发现玻璃板是由两个三角支架固定,使镜面与桌面垂直。我们在实验时,镜面为什么要这样摆放呢?下面我们通过实验来了解一下,请同学们注意观察实验过程。
我们先把平面镜竖直放在水平桌面上,在镜前放置物体A。取完全相同的物体B置于镜后,我们发现B能够和镜中的像完全重合,便于比较。若我们把镜子向后稍稍倾斜,会发现镜中像的位置向下移动,B不能和像进行比较。若我们把镜子向前稍稍倾斜,会发现镜中像的位置向上移动,同样不能进行比较。因此,本实验中用三角支架固定平面镜使镜面与桌面垂直,然后用三角板再次确认镜面是否和桌面垂直。
至此,根据实验需求,我们准备了如图所示的几组实验器材:带支架的半透明玻璃板、大小相同与不同的物体三组、坐标纸、三角板等。实验开始前,在水平桌面上铺上一张坐标纸,在纸的中间用刻度尺画一条直线。再将带支架的玻璃板放置在坐标纸上,保持玻璃板前表面与直线齐平。最后用三角板确认镜面与桌面垂直。
实验探究一:像与物体的大小关系。在实验中比较像与物的大小,观察像与物是否完全重合。当物体的大小发生变化时,像的大小是否随之变化。实验表格如下,先取两个相同的红色蜡烛型物体,一个放在镜前,另一个放在镜后。移动镜后物体,从不同角度观察,它都能和镜中的像完全重合。更换两支相同的激光笔,一支放在镜前,另一支置于镜后,我们发现它也可以和镜中的像完全重合。再取两只相同的玩具熊,仿照上述实验再做一次,同时再次从各个角度观察,把实验现象填入表格。
通过实验观察,我们发现当物体的大小变化时,像的大小也随之变化,且像与物总是完全重合。由此我们得出实验结论一:平面镜成像中,像与物大小相等。同学们在实验时需要注意,要从正面或侧面观察,即从不同的角度观察像与物是否完全重合。
在比较像与物的位置关系时,我们需要改变物体在镜前的位置,观察像的同时寻找并标记像和物的位置。实验表格如下。
将物体A放在镜前,取相同的B放在镜后,观察像的位置并移动B,使B能够和像完全重合,用笔在坐标纸上标出物和像的位置。改变镜前物体A的位置,发现像的位置也随之变化,移动镜后的物体使它和镜中的像完全重合,用笔标记出此时物和像的位置。仿照上述实验再做一次,并用刻度尺测出物距和像距,填入表格中。
我们观察到,当物体到平面镜距离发生变化时,像到平面镜的距离也随着变化,并且物距和像距总是相等。由此我们得出实验结论二:在平面镜成像中,像和物到镜面距离相等。在实验中,细心的同学还会发现像与物的连线总是和镜面垂直,由此得出实验结论三:像与物的连线与镜面垂直。
我们来做个实验小结:平面镜成像中,一、像与物大小相等;二、像与物到镜面的距离相等;三、像与物连线与镜面垂直。在数学上,如果某一图形沿轴对折后,两边能完全重合,我们称之为轴对称图形,中间的轴叫对称轴。请同学们仔细观察坐标纸上像与物的位置,它也是一个轴对称图形,平面镜的位置就是对称轴。上述规律也可以表述为像与物关于平面镜对称。回顾整个实验过程发现物体远离镜面时像的大小不变,即平面镜所成像的大小与物体到镜面距离无关,始终和物体大小相等。
