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平面鏡成像物理教案

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一、教學(xué)目標

1.在物理知識方面要求.

(1)掌握光的反射定律,會用光的反射定律解釋有關(guān)的現(xiàn)象;

(2)掌握平面鏡成像的原理和規(guī)律;

(3)應(yīng)用平面鏡成像的規(guī)律解決一些簡單的物理問題.

2.通過演示實驗,概括出平面鏡成像的特點,應(yīng)用光的反射定律推導(dǎo)出平面鏡成像的特點.培養(yǎng)學(xué)生的觀察、概括能力,通過相關(guān)物理量變化規(guī)律的學(xué)習(xí),培養(yǎng)分析、推理能力.

3.通過簡單的物理問題的解決使學(xué)生理解解決物理問題的基本原理和基本方法,如何建立已知與未知和所求之間的關(guān)系.從而加深物理方法的學(xué)習(xí).

二、重點、難點分析

1.重點是使學(xué)生掌握平面鏡成像的原理及推導(dǎo)過程.平面鏡成像的特點是解決平面鏡問題的關(guān)鍵.平面鏡成像是虛像,學(xué)生作圖時要注意用虛線;平面鏡成像,其像和物關(guān)于平面鏡對稱的含義是像正立且與物等大.

2.教學(xué)難點之一是如何澄清學(xué)生頭腦中“像”的概念.要突破這一點就要讓學(xué)生清楚物理中像的準確定義,生活中像、影、相又指的是什么意思.嚴格區(qū)分教學(xué)中的相似與物理的“相似”有什么不同.

3.教學(xué)中的另一個難點是如何應(yīng)用平面鏡成像的特點解決實際問題.最關(guān)鍵的是要抓住最簡單、最基本的方法.

三、教具

1.平面玻璃,蠟燭兩只(完全相同),火柴,大白紙一張(8開或更大一些),直角三角板,鉛筆.

2.教學(xué)用直角三角板、直尺

四、主要教學(xué)過程

(一)引入新課

光的反射現(xiàn)象和平面鏡在初中物理中已經(jīng)學(xué)到一些知識,今天我們來進一步研究.光的反射現(xiàn)象處處可見,平面鏡也是日常生活中常見的物品,它們有什么特性呢?

(二)教學(xué)過程設(shè)計

1.光線和光束.

光線是利用光的直線傳播而從光束中抽象出來的概念.物體發(fā)出的光束,用一條帶箭頭的直線來表示光的傳播方向——光線.光線是光束的抽象結(jié)果,實際是不存在的,而光束是客觀存在的.在畫光線時注意光的傳播方式用直線表示,要用實線,而光的傳播方向箭頭一般標在直線段的中央部分.光束可分為平行光束、發(fā)散光束、會聚光束三種情況.

2.光線傳播到兩種介質(zhì)的分界面所發(fā)生的現(xiàn)象:反射和折射現(xiàn)象可能同時發(fā)生,也可能只發(fā)生反射現(xiàn)象,但有折射現(xiàn)象的同時一定有反射現(xiàn)象,只是反射現(xiàn)象有時極不明顯而不考慮.通過作圖介紹入射點、法線、入射光線、反射光線、入射角和反射角的概念.光在介質(zhì)中傳播時會有能量損失(被吸收).光在兩種介質(zhì)界面上發(fā)生反射或折射時也要有能量損失.

3.光的反射定律.

(1)(三線共面).反射光線在入射光線和法線所決定的平面內(nèi);(因果關(guān)系要注意)

(2)(法線居中)反射光線跟入射光線分別位于法線的兩側(cè);

(3)(兩角相等)反射角等于入射角.(因果關(guān)系).

4.鏡面反射和漫反射.

(1)鏡面反射:能成虛像的反射,入射光線是有規(guī)律的,反射光線仍遵從一定規(guī)律進行排序.

(2)漫反射:入射光線是有規(guī)律的,而反射光線是無序的,不能成虛像的反射,但每一條光線都遵從光的反射定律,漫反射是由于兩介質(zhì)的界面不光滑平整而造成的.

5.平面鏡成像.

演示在白紙中央用直尺畫一條直線,然后平放在水平桌面上,在直線的一側(cè)點一個點A,將平面玻璃垂直于紙面且與紙上直線重合放置,將一支蠟燭點燃豎直放在A處,在A點這側(cè)看點燃蠟燭的像.將另一支未點燃的蠟燭放在直線(平面玻璃)的另一側(cè),緩慢移動直至未點燃的蠟燭與點燃的蠟燭的像重合,好像未點燃蠟燭也燃燒起來一樣.在紙上記下未點燃蠟燭的位置.在同學(xué)們都看清楚的前提下,將點燃的蠟燭熄滅.讓同學(xué)討論看到的現(xiàn)象,總結(jié)平面鏡成像的特點.

(1)像:由物發(fā)出(或反射)的光線經(jīng)光具作用為會聚的光線(或發(fā)散的光線)所形成的跟原物“相似”的圖景.這里的“相似”一詞與數(shù)學(xué)的相似含義不完全相同,數(shù)學(xué)中的相似是指對應(yīng)處成相同的比例,而這里的“相似”有時不同對應(yīng)處比例不同.例如哈哈鏡中人的像與人相比相差很大,但仍認為是人的像.

(2)實像:是由實際光線會聚而形成.可用眼直接觀察,可在光屏上顯示,具有能量到達的地方.

(3)虛像:是實際光線的反向延長線會聚而形成,不可在光屏上顯示,只能用眼睛直接觀察.

關(guān)于像的概念讓學(xué)生一定要很清楚,特別是要區(qū)分生活中的“像”的概念.

A.像片是物而不是“像”,畫像和像片具有相同的含義.

B.照相,實質(zhì)上是取得一個與人“相似”的一幅畫片,只不過不是用筆畫,而是通過成像的原理制作就是了.照“相”與長“相”具有相同的含義.

C.“看電影”也有人誤認為是“看電像”,在初中就學(xué)過像的概念.但人們在電影院看電影是要看銀幕上的圖景,銀幕上的圖景對于底片(拷貝)來說是像的位置,像呈現(xiàn)在銀幕上,作為物被眼晴看到,若真看“像”應(yīng)眼睛向著放映機看,那是不可能的.

D.“成像是客觀的,觀像是有范圍的”.若電影院銀幕處未放銀幕,放影機放影時,拷貝上的像仍呈在放銀幕處.戴近視鏡的同學(xué)看到的并不是真實的物,而是這些物正立縮小的虛像.

(4)平面鏡成像.

A.平面鏡對光的作用,只改變光的傳播方向,不改變光束的性質(zhì).即平行光束經(jīng)平面鏡反射仍為平行光束.發(fā)散(會聚)光束經(jīng)平面鏡反射仍為發(fā)散(會聚)光束.

B.平面鏡成像為虛像,作圖時用虛線表示.

C.(將演示實驗中的白紙呈現(xiàn)給學(xué)生,通過作圖,測量得出)像點和物點關(guān)于平面鏡呈面對稱.

6.平面鏡的應(yīng)用.

(1)平面鏡控制光路.

例1已知入射光線及平面鏡的位置,控制反射光線.一束光線與水平成40°角射來,欲使光線沿水平方向傳播,所放平面鏡與水平面成____角.答案:20°或70°.

解析:題目中只要求反射光線水平,一定要注意可能出現(xiàn)兩種情況.一種是入射光線與反射光線之間的夾角是40°,一種是入射線與反射光線之間的夾角是140°.

例2證明:若入射光線的方向不變,將平面鏡繞入射點轉(zhuǎn)動θ角,則反射光線的方向轉(zhuǎn)動2θ角.

證明:因為平面鏡轉(zhuǎn)動θ角,則法線轉(zhuǎn)動θ角,當入射光線不變時,則入射角增加(或減少)θ角,由光的反射定律可知反射光線與法線的夾角也增加(或減少)θ角,則反射光線與入射光線之間的夾角增加(或減少)2θ角,即反射光線轉(zhuǎn)動的角度為2θ角.

若上題改為若入射光線的方向不變,平面鏡繞入射點以角速度ω勻

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(2)平面鏡成像的觀察.

例3一人站在湖邊塔樓頂上觀察空中的氣球,已知樓頂離湖面高為H,人高不計.他看空中靜止的氣球時,仰角為30°.他看水中氣球的虛像時,俯角是60°,問氣球靜止在湖面上方,離湖面多高?答案:2H.

解析:幾何光學(xué)的突出特點是幾何作圖.此題作圖的技巧是:先畫一條水平線(在塔樓頂上)AB.A為塔樓頂端,過A點做AS直線且∠SAB=30°.過A點作垂直于AS的直線(用虛線)AS′,且SS′直線(用虛線)要垂直于AB.SS′直線交AB于C點.找到SS′直線的中點O,過O點作SS′的垂線MN,MN交AS′于D點,用實線連接AD,DS,且標明AS、AD、DC的光線箭頭.如圖所示,注意箭頭方向不要畫反.A點為觀察者.過A點作MN的垂線交MN于E點.AE即為塔樓高,S′為氣球S的像.SO即為所求h.

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解得:h=2H.

例4圖2中AB表示一直立的平面鏡,P1P2是水平放置的米尺(有刻度的一面朝著平面鏡),MN是屏,三者相互平行,屏MN上的ab表示一條豎直的縫(即a、b之間是透光的).某人眼睛緊貼米尺上的小孔S(其位置見圖),可通過平面鏡看到米尺的一部分刻度.試在本題的圖上用三角板作圖求出可看到的部位,并依次寫出作圖的步驟.

解析:

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圖3作圖步驟:

①作S點對AB的對稱點S′,S′就是S的像點.

②連接S、a并延長,與AB交于C點.

③連接S′、C并延長,與P1P2交于一點,此點就是可看到部位的左端.

④連接S′、b并延長,與P1P2交于一點,此點就是可看到部位的右端.上述順序也可以是②①③④或①④②③.

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圖4作圖步驟:

①分別作P1P2、Ma、bN對于AB的對稱線P′1P′2、M′a′、b′N′,則P′1P′2就是P1P2對于平面鏡AB的像,M′N′是MN對于平面鏡AB的像.

②連接S、a并延長,與P′1P′2交于一點,并作該點對于AB的對稱點,此對稱點在P1P2上,是可看到部位的左端.

③連接S、b′并延長,與P′1P′2交于一點,作該點對于AB的對稱點,此對稱點也在P1P2上,是可看到部位的右端.上述順序也可以是①③②.

(3)平面鏡與運動學(xué)的綜合應(yīng)用.

例題略.

(三)課堂小結(jié)

1.平面鏡是一個非常重要的光學(xué)元件,在生活中應(yīng)用也很廣,這部分光學(xué)知識為將來的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ).

2.幾何光學(xué)的學(xué)習(xí)要突出幾何作圖,同學(xué)們應(yīng)嚴格按照規(guī)范化的作圖格式進行訓(xùn)練,緊緊抓住平面鏡成像特點進行思考問題.

五、教學(xué)說明

1.將演示實驗改為分組實驗,效果會更好.但要掌握好教學(xué)時間.

2.關(guān)于平面鏡應(yīng)用的問題可加一節(jié)習(xí)題課專門討論,對學(xué)生的學(xué)習(xí)會有很大的幫助.作圖的過程敘述清楚,還可讓學(xué)生交流作法,談作圖在解題中的重要性.

3.像的客觀性和觀像的主觀性要嚴格區(qū)分.在教學(xué)過程中,澄清學(xué)生頭腦中一些不正確、不完善的概念是非常必要的.這也是學(xué)生學(xué)好物理的關(guān)鍵所在.

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