“探究平面镜成像的特点”实验是《义务教育物理课程标准（2022年版）》所要求的学生必做实验之一，要求学生“探究并了解平面镜成像时像与物的关系，知道平面镜成像的特点及应用。”
［1］该实验是光的反射定律的拓展和具体应用，对引导学生学习物理实验方法、学会分析实验数据、养成良好的实验习惯，以及理解和应用平面镜成像规律，都具有不可替代的作用。然而，现行各版本教材所采用的实验方案，均极大地限制了学生的探究空间，阻碍了学生科学思维的发展。为此，笔者在教材实验的基础上对实验装置和实验方案进行优化和改进，使实验结论更具有普适性，促进了学生的深度学习，取得了很好的教学效果。
1 教材实验分析
1.1 实验回顾
通过对现行初中物理各版本教材的比较分析可以看出，此实验所用的器材和设计方案大同小异，只是在细节上略有差别。
以人教版教材为例，其实验装置如
图1所示，在水平桌面上铺一张白纸，纸上竖直放置一块玻璃板作为平面镜。将一支点燃的蜡烛放在玻璃板前，可以看到它在玻璃板后所成的像；再拿另一支外形相同但未点燃的蜡烛，竖直放置在玻璃板后面移动，直到看上去跟前面那支蜡烛的像完全重合，在纸上记下这两个蜡烛的位置。改变前面蜡烛的位置重复实验，观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同，用直线把每次实验中蜡烛和它的像在纸上的位置连起来，并用刻度尺分别测量它们到玻璃板的距离
［2］。
苏科版教材在此基础上略有改进，用方格纸替代了白纸，将玻璃板换成了茶色玻璃，将蜡烛换成了棋子
［3］。
北师大版的教材中没有给出明确的设计方案，而是采用较为开放的形式，在确定用玻璃板替代平面镜后，让学生自己制订计划、选择器材、搜集证据、分析结论，但在教师用书中给出的指导方案依然与其他版本的教材相似
［4］。
1.2 实验评价
各版本教材中的实验方案取材容易、操作简单、原理清晰，便于初中学生接受和理解，能粗略得出平面镜成像的规律。但笔者在教学实践中发现，上述探究实验过程在具体操作时存在着一些明显的缺陷和不足。
（1） 实验中要求玻璃板必须与实验台垂直放置，像与物的大小、位置关系只能在实验台所在的平面进行探究，否则不能准确找到物体在平面镜中所成像的位置，无法进行实验。至于为什么要这样做，学生并不清楚，只是在教师的硬性要求下机械性地操作。貌似学生在进行实验探究，其实不过是走过场式的“假探究”，这种探究实验忽视了学生在实验学习中的主体地位，弱化了学生的学习动机，扼杀了学生的质疑创新意识，更没有发挥探究性实验应有的作用。
（2） 生活中很多实际场景与实验中的情况并不相同。例如，汽车的前挡风玻璃和鞋店中的试鞋镜并不是竖直放置的，而是以某一固定的角度倾斜。此时，物体所成的像与物体的大小、位置关系是怎样的？是不是仍与镜面竖直放置时的成像规律相同呢？为解决上述问题，利用现有的实验装置无法完成。
（3） 为了探究像与物的大小关系，需用到两支大小相同的蜡烛，但点燃的蜡烛在实验过程中会越烧越短，慢慢地就与镜面后的蜡烛大小不同了，导致像与物不能完全重合，而且蜡烛在燃烧过程中产生的烟气会污染教室环境，对正处于活泼好动的八年级学生来说也存在着一定的安全隐患。为解决这一问题，苏科版教材将蜡烛换成了棋子，可棋子本身不是光源，加上白天教室的光线较强，棋子所成的像较淡，看起来不够清晰，影响实验效果。
（4） 无论是普通玻璃还是茶色玻璃，都不可避免地存在一定的厚度，因前后两个表面均会发生光的反射现象，导致所看到的像会出现明显的“重影”，学生不能确定哪个才是前面蜡烛的像，因此对测量像与物到玻璃板之间的距离会产生影响。
2 改进创新实验方案
2.1 实验装置
（1） 实验材料。
2块40.0 cm×30.0 cm×0.5 cm的薄木板，1块40.0 cm×30.0 cm×0.3 cm的透明亚克力板，1张40 cm×30 cm的半透明膜，2个教学用的木制量角器，2块40 cm×30 cm的磁性白板，红色和绿色的电子蜡烛各1支，2块薄磁铁，4个可拆卸小型折页，1根长45 cm两端配有螺母的金属丝，4个长尾夹、记号笔等。
（2） 制作方法。
①在两块薄木板上分别覆上一层磁性白板，用记号笔在白板上画好边长为2 cm的方格，用折页将两块木板连在一起，使其能以金属丝为轴转动。
②将亚克力板的一侧贴上半透明膜，并用折页与两块木板相连，使它们能围绕共同的轴心转动。
③将两个量角器分别穿在金属丝的两端，并用螺母拧紧固定，对整个装置起到支撑作用；把长尾夹夹在量角器的边缘，用来调整亚克力板的角度。
④在电子蜡烛底部粘上一块薄磁铁，使其能吸附在磁性白板上，确保在白板倾斜时不会滑落。改进后的实验装置如
图2所示。
2.2 实验原理
（1） 等效替代法。
取两支完全相同的蜡烛A和B，将蜡烛A放在亚克力板前，将蜡烛B放在亚克力板后并移动位置，若能与蜡烛A的像完全重合，则说明蜡烛A在镜中所成的像与物体的大小是相等的，此时蜡烛B所在的位置就是蜡烛A的像的位置。
（2） 色光的混合规律。
根据色光混合的原理，当红色光与绿色光重合叠加时，会形成黄色光。使用红绿两种颜色的电子蜡烛，当绿色电子蜡烛与红色电子蜡烛的像重合后，可呈现一支黄色的蜡烛。
（3） 等腰三角形三线合一定理。
八年级的学生在数学中已经学习了等腰三角形的三线合一定理，如
图3所示，
AO和
BO为实验木板，
ON为镜面。在三角形
AOB中，若
AO=
BO，且∠1＝∠2，则
AC=
BC，且
AB⊥
ON，也就是点
A和点
B关于平面镜
ON对称。
2.3 改进创新点
（1） 实验装置相较于现有器材体积更大，成像效果更好，实验现象的可视性更强。该实验装置体积较大，需小组成员协作完成，这有助于在实验过程中培养学生的团队意识和协作能力。
（2） 用电子蜡烛替代普通蜡烛，避免了因蜡烛燃烧变短对实验产生的影响，消除了实验过程中对环境的污染和学生的安全隐患，同时根据色光的混合规律，更容易确定像的位置和比较像与物的大小关系。
（3） 用一侧贴有半透膜的亚克力板替代传统的玻璃板，操作起来更加轻便安全，因半透膜和玻璃板比起来厚度可忽略不计，在镜中只会看到一个清晰的像，故避免了因多次成像对实验的干扰。
（4） 亚克力板的角度可调，可实现在镜面倾斜情况下的探究实验，打破了传统实验器材对探究过程的束缚，可得出更具有普适性的实验结论，对提高学生的实验能力、发展学生的创新精神具有积极的促进作用。
3 改进创新实验教学
改进实验装置除能完成教材中的常规探究过程外，还能将亚克力板倾斜放置，进一步探究平面镜所成的像与物体的空间位置关系。
3.1 实验步骤
（1） 将实验装置放在水平桌面上，把亚克力板贴有半透膜的一面朝前放置，将红色电子蜡烛A点亮并置于亚克力板前面的木板上，把另一绿色电子蜡烛B点亮后放在亚克力板后面的木板上。
（2） 使亚克力板正对量角器90°的位置，将蜡烛A放在一个合适的位置，移动后面蜡烛B的位置，直到在亚克力板中看到一个清晰的黄色的蜡烛的像，说明此时蜡烛B与蜡烛A的像完全重合，记下前后两支蜡烛到转动轴的距离。
（3） 改变亚克力板的角度，使其向前倾斜放置，调整后侧木板的角度并移动蜡烛B的位置，直至在亚克力板中看到一个清晰的黄色的蜡烛的像（
图4），分别读出两支蜡烛到木板轴心的距离，同时记下亚克力板与两侧木板所成的夹角大小。
（4） 改变亚克力板倾斜的角度和蜡烛A的位置，重复步骤3，并把测得的实验数据与观察到的实验现象填入
表1。
3.2 实验结论
分析表中的实验数据，可得出平面镜成像的特点：平面镜所成的像与物体的大小相等，像和物体到平面镜的距离相等，像和物的连线与平面镜垂直，即平面镜所成的像与物体关于平面镜对称。
4 结语
实验是物理学的基础，不仅能激发学生的学习兴趣与主动性，更是引导学生主动建构知识、领悟科学方法、发展探究能力的关键途径。
对现有实验装置的优化与改进，是提升实验教学实效、促进学生深度理解与思维发展的重要抓手。因此，教师在教学实践中应突破思维定式，积极创新实验设计与方法，以此激发学生的质疑精神与创新能力，从而切实培育学生的物理核心素养。
京公网安备11010202008535号
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