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；
(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
(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．
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：
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．
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．
