平面鏡成像物理教案

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一、教學(xué)目標(biāo)

1．在物理知識(shí)方面要求．

(1)掌握光的反射定律，會(huì)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(shí)驗(yàn)，概括出平面鏡成像的特點(diǎn)，應(yīng)用光的反射定律推導(dǎo)出平面鏡成像的特點(diǎn)．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(diǎn)、難點(diǎn)分析

1．重點(diǎn)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(diǎn)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(shí)要注意用虛線；平面鏡成像，其像和物關(guān)于平面鏡對(duì)稱的含義是像正立且與物等大．

2．教學(xué)難點(diǎn)之一是如何澄清學(xué)生頭腦中“像”的概念．要突破這一點(diǎn)就要讓學(xué)生清楚物理中像的準(zhǔn)確定義，生活中像、影、相又指的是什么意思．嚴(yán)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(gè)難點(diǎn)是如何應(yīng)用平面鏡成像的特點(diǎn)解決實(shí)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(shí)，今天我們來進(jìn)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(jì)

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(shí)際是不存在的，而光束是客觀存在的．在畫光線時(shí)注意光的傳播方式用直線表示，要用實(shí)線，而光的傳播方向箭頭一般標(biāo)在直線段的中央部分．光束可分為平行光束、發(fā)散光束、會(huì)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(shí)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(shí)一定有反射現(xiàn)象，只是反射現(xiàn)象有時(shí)極不明顯而不考慮．通過作圖介紹入射點(diǎn)、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(shí)會(huì)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(shí)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(jìn)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(diǎn)一個(gè)點(diǎn)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(diǎn)燃豎直放在A處，在A點(diǎn)這側(cè)看點(diǎn)燃蠟燭的像．將另一支未點(diǎn)燃的蠟燭放在直線(平面玻璃)的另一側(cè)，緩慢移動(dòng)直至未點(diǎn)燃的蠟燭與點(diǎn)燃的蠟燭的像重合，好像未點(diǎn)燃蠟燭也燃燒起來一樣．在紙上記下未點(diǎn)燃蠟燭的位置．在同學(xué)們都看清楚的前提下，將點(diǎn)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(diǎn)．

(1)像：由物發(fā)出(或反射)的光線經(jīng)光具作用為會(huì)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(duì)應(yīng)處成相同的比例，而這里的“相似”有時(shí)不同對(duì)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(rèn)為是人的像．

(2)實(shí)像：是由實(shí)際光線會(huì)聚而形成．可用眼直接觀察，可在光屏上顯示，具有能量到達(dá)的地方．

(3)虛像：是實(shí)際光線的反向延長線會(huì)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(shí)質(zhì)上是取得一個(gè)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(rèn)為是“看電像”，在初中就學(xué)過像的概念．但人們?cè)陔娪霸嚎措娪笆且淬y幕上的圖景，銀幕上的圖景對(duì)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(jī)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(jī)放影時(shí)，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(shí)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(duì)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(huì)聚)光束經(jīng)平面鏡反射仍為發(fā)散(會(huì)聚)光束．

B．平面鏡成像為虛像，作圖時(shí)用虛線表示．

C．(將演示實(shí)驗(yàn)中的白紙呈現(xiàn)給學(xué)生，通過作圖，測(cè)量得出)像點(diǎn)和物點(diǎn)關(guān)于平面鏡呈面對(duì)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(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，則反射光線的方向轉(zhuǎn)動(dòng)2θ角．

證明：因?yàn)槠矫骁R轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，則法線轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，當(dāng)入射光線不變時(shí)，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(dòng)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(diǎn)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(jì)．他看空中靜止的氣球時(shí)，仰角為30°．他看水中氣球的虛像時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)做AS直線且∠SAB=30°．過A點(diǎn)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(diǎn)．找到SS′直線的中點(diǎn)O，過O點(diǎn)作SS′的垂線MN，MN交AS′于D點(diǎn)，用實(shí)線連接AD，DS，且標(biāo)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(diǎn)為觀察者．過A點(diǎn)作MN的垂線交MN于E點(diǎn)．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(diǎn)對(duì)AB的對(duì)稱點(diǎn)S′，S′就是S的像點(diǎn)．

②連接S、a并延長，與AB交于C點(diǎn)．

③連接S′、C并延長，與P1P2交于一點(diǎn)，此點(diǎn)就是可看到部位的左端．

④連接S′、b并延長，與P1P2交于一點(diǎn)，此點(diǎn)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(duì)于AB的對(duì)稱線P′1P′2、M′a′、b′N′，則P′1P′2就是P1P2對(duì)于平面鏡AB的像，M′N′是MN對(duì)于平面鏡AB的像．

②連接S、a并延長，與P′1P′2交于一點(diǎn)，并作該點(diǎn)對(duì)于AB的對(duì)稱點(diǎn)，此對(duì)稱點(diǎn)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(diǎn)，作該點(diǎn)對(duì)于AB的對(duì)稱點(diǎn)，此對(duì)稱點(diǎn)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(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合應(yīng)用．

例題略．

(三)課堂小結(jié)

1．平面鏡是一個(gè)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(shí)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(yán)格按照規(guī)范化的作圖格式進(jìn)行訓(xùn)練，緊緊抓住平面鏡成像特點(diǎn)進(jìn)行思考問題．

五、教學(xué)說明

1．將演示實(shí)驗(yàn)改為分組實(shí)驗(yàn)，效果會(huì)更好．但要掌握好教學(xué)時(shí)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(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)會(huì)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(yán)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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