初中物理平面鏡成像實驗改進(jìn)探討

陳士元

平面鏡成像實驗是初中物理的經(jīng)典實驗之一，教育部頒布的《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2012年版)》將其列入20個學(xué)生必做實驗。在實驗教學(xué)中，由于現(xiàn)有實驗器材的局限性，該實驗操作中會存在一定的誤差，筆者嘗試對該實驗的現(xiàn)有器材進(jìn)行改進(jìn)。

一、現(xiàn)行實驗出現(xiàn)誤差的分析

平面鏡成像實驗中使用的主要器材—平面鏡是由平板玻璃制成的。平板玻璃本身存在一定的厚度，而反射面在玻璃板的表面，實驗操作中測量出的物距與像距數(shù)據(jù)不相等，而平面鏡成像特點(diǎn)之一，即像到平面鏡的距離等于物到平面鏡的距離。如果在實驗操作中眼睛正對像的位置，數(shù)據(jù)的差就是玻璃板的厚度。2012年南京市物理教研室在高淳某中學(xué)開設(shè)市級公開課《平面鏡成像》，教研員許志老師評課時說，江蘇省教研室組織省內(nèi)部分初中物理教師進(jìn)行實驗操作技能競賽，其中就有平面鏡成像實驗，操作結(jié)束后有關(guān)專家點(diǎn)評，由于玻璃板厚度會引起誤差，所以平面鏡成像實驗數(shù)據(jù)記錄表中物距和像距的數(shù)據(jù)不應(yīng)該相同。

2012年《物理通報》第2期發(fā)表了昭通師范高等?？茖W(xué)校物理系吳德蘭和秦萌的論文《平面鏡成像實驗的像距系統(tǒng)誤差分析》，他們認(rèn)為減小系統(tǒng)誤差的方法有：(1)盡量選擇薄的玻璃板；(2)盡量選擇折射率小的玻璃板；(3)眼睛的位置盡量正對像的位置。

二、對該實驗改進(jìn)的一點(diǎn)設(shè)想

筆者的設(shè)想是，將反射面設(shè)置在玻璃板的中間。實驗操作中，測量物距與像距時從玻璃板兩側(cè)的表面出發(fā)，測出的像距和物距數(shù)據(jù)就一樣了。當(dāng)然這時的物距與像距不是從反射面算起，而是玻璃板兩側(cè)的表面，誤差仍然存在。

三、改進(jìn)實驗器材的具體方法

現(xiàn)有的器材有一層深色的涂層，這就是反射光的涂層。這涂層的特點(diǎn)是既反射光又透光，類似于夏天戴的太陽鏡片。通過查找資料得知：鍍膜玻璃可分為陽光控制鍍膜玻璃和低輻射鍍膜玻璃。(1)陽光控制鍍膜玻璃，是對太陽光具有一定控制作用的鍍膜玻璃。這種玻璃具有良好的隔熱性能，鍍膜層具有單向透視性，故又稱為單反玻璃。(2)低輻射鍍膜玻璃，是一種對遠(yuǎn)紅外線有較高反射比的鍍膜玻璃。這種玻璃對于太陽可見光和近紅外光有較高的透過率。

如果用玻璃板來制作鍍膜玻璃，由于玻璃硬度較高，加工起來有一定的難度，有沒有現(xiàn)成的材料？筆者想到了實驗室用的櫥窗卡，商品名字叫桌牌(如圖1所示)，是有機(jī)玻璃材質(zhì)，硬度較低，加工起來也方便，它做櫥窗卡時也是二層有機(jī)玻璃板夾一張卡紙，還有個底座，將底座鋸開一分為二正好做支架(如圖2所示)。如何做得具有鍍膜玻璃一樣的效果呢？筆者想到了家裝材料中的玻璃貼膜，迎光的一面具有鏡子特性，背面則可以透視(如圖3所示)，可用它貼玻璃膜。

圖1

圖2

圖3

玻璃膜主要有以下幾種類型：(1)高透型，保持了最高的透光率，又能最大可能地吸收太陽能；(2)熱反射型，具有良好的遮光性能和隔熱性能；(3)單向透視型，具有最高反射太陽輻射熱和可見光的性能，迎光的一面具有鏡子特性，背面則可以透視；(4)中高透視型，既保持了較高的透光性，又阻隔了一定的太陽熱能。

筆者選擇的玻璃膜是單向透視型，這樣會給實驗操作帶來方便。平面鏡成像實驗就是要求既具有鏡子特性能夠成像，又能透光方便觀察。

玻璃膜的粘貼需要一定的技術(shù)，加工前要用練習(xí)膜多次練習(xí)才能掌握其中的技巧。玻璃貼膜的方法：(1)裁膜，利用美工刀按需要尺寸把玻璃膜裁好。注意，玻璃膜分兩層，一層為無色透明的稱為保護(hù)膜，一層有黏性帶顏色的稱為貼膜。(2)貼膜，在清洗好的有機(jī)玻璃板和貼膜上噴水(把保護(hù)膜分開，帶膠的那面噴水，膠面是貼在有機(jī)玻璃上的)，把膜貼到合適的位置。用膜刮把里面的水刮出來并刮平。噴水是為了暫時阻擋膜的膠性出來，這樣才好控制膜。膜面直接刮的時候只能用軟刮，如果用硬刮片或者塑料刮片，得重新按貼膜方法用保護(hù)膜蓋好膜面再刮，免得刮壞膜(如圖4所示)。

圖4

加工后的實驗器材如圖5、圖6所示。

圖5

圖6

四、自我評價

實驗的改進(jìn)是一個永恒的話題，沒有最好，只有更好。目前關(guān)于該實驗改進(jìn)的文章有很多，筆者只是從一個角度做了小小的改進(jìn)，其效果如何還有待于大家在實際應(yīng)用中進(jìn)一步檢驗和評價。