4.3 平面镜成像 2024-2025学年人教版物理八年级上册

3 平面镜成像 学情分析 学生在前面已经学习了光的传播和光的反射的相关知识，在数学中也学习了“对称”的相关内容，为本节课的学习做好了知识准备。平面镜是学生在日常生活中经常使用的物品，学生也知道了平面镜能成像、能改变光的传播方向，为本节课的学习积累了大量的感性认识。但对于像与物之间的关系，学生可能并没有思考过，所以对于像和物之间的关系不是很清楚，不知道平面镜是如何成像的。本节课中，实验探究设计过程和科学方法的应用，对学生现有的逻辑思维能力是一个很大的挑战，尤其是用等效替代法确定虚像和物的大小关系及位置，以及认识平面镜所成的像是虚像。 教学建议 平面镜成像是光的反射的重要应用，本节课的内容主要分为三部分：一是实验探究平面镜成像的特点；二是平面镜成像的原理；三是平面镜成像的应用。课标对本节课的要求为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。在探究平面镜成像特点的实验中，由于学生对平面镜比较熟悉，可较为开放地让学生设计实验自主探究，在尝试发现并解决问题的过程中发展学生的实验探究能力，学习和理解等效替代法这一重要科学研究方法。在实验过程中，要注意引导学生从实验现象的角度认识虚像，再通过光的反射光路图进一步分析和理解虚像的概念，从而理解和突破这一认识难点。 教学目标 物理观念 1．了解平面镜成像的特点。 2．了解平面镜成虚像及虚像是怎样形成的。 3．理解日常生活中平面镜成像的现象。 科学思维 学会观察和分析生活中有关物理知识的实例及其现象，具有初步的观察能力和分析概括能力。 科学探究 通过实践和探究，让学生感觉科学就在身边，培养学生对科学的求知欲，以及应用物理知识解决实际问题的能力。 科学态度与责任 培养学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的精神，帮助学生树立正确的世界观和唯物主义观。 重点难点 重点 1．利用实验探究平面镜成像的特点。 2．利用平面镜成像的特点和规律解释相关物理现象。 难点 1．理解平面镜成虚像。 2．认识并理解像距与物距的关系。 课时划分 本节建议1～2课时。 教学设计 教学准备 教师准备：制作多媒体课件，准备半透明薄玻璃板、支架、棋子、小平面镜、刻度尺、白纸、铅笔等。 学生准备：预习本节课的内容。 预习清单： 1．如图甲所示，a、b是镜前一点光源S发出的光线经平面镜M反射后的两条反射光线，请在图中标出点光源S的位置，并完成光路图。（保留作图痕迹） 2．只能用眼睛观察，而不能在光屏上呈现的像，叫作 。 3．平面镜成像是光的 现象。 4．平面镜可以 ，早期军事上的潜望镜就是利用这一点制成的。 5．街道路口的反光镜是 ，它起到了扩大视野的作用。太阳灶的聚光镜是 ，它起到了会聚阳光的作用。 甲 答案 1．如图乙所示 2．虚像 3．反射 4．改变光的传播方向 5．凸面镜 凹面镜 课程导入 教师播放动画片《猴子捞月》的视频片段并提问：聪明的猴子为什么捞不到月亮呢？学生思考并表达观点。 新课教学 任务一：平面镜成像的特点 1．猜想假设 教师展示平面镜并引导：平静的水面相当于平面镜，能呈现出镜前的景物，这些从镜中看到的景物称为像。请同学们拿起桌面上的平面镜，对着平面镜看一看，调整平面镜的位置，能看到平面镜里有一个一模一样的“自己”，这就是你自己的像。请大家试着靠近或远离平面镜，举起手，动一动，观察像有什么变化。平面镜所成的像与物体之间存在着什么关系？平面镜成像又有何特点呢？ 学生观察、实践并进行猜想： （1）平面镜所成的像与物体是左右相反、上下一致的。 （2）平面镜所成的像与物体等大。 （3）平面镜所成的像到镜面的距离与物体到镜面的距离相等。 （4）物体到平面镜的距离越近，平面镜所成的像越大（或不变）。 2．设计实验 教师引导：请大家观察平面镜，并跟小组内的同学讨论一下，像的位置在哪里？怎样能确定像的位置？ 学生分小组讨论：像在平面镜的另一侧，我们将手伸到镜后想对像进行测量和比较时，发觉视线完全被不透光的镜面挡住了，无法透过不透明的平面镜看到平面镜后面的操作，因此不能确定像的位置。所以不透光镜面的成像只可观，不可测。 教师引导：怎样才能解决这一问题呢？请大家想一想，生活中有哪些物体既可以成像，又能透过它看到后面的操作？ 学生思考后回答：水、玻璃等。 教师总结：为了同时看到平面镜成的像和镜后的情况，我们选择透明玻璃板代替不透光的平面镜。但玻璃板成像不太清晰，为了成像更加清晰，我们在实验中选用的是半透明的薄玻璃板。 教师引导：前面大家已经提出了各种猜想，现在就请各小组结合桌面上的实验器材，讨论一下探究以上猜想的实验方案。 学生总结并分享自己组设计的实验方案： （1）将玻璃板用支架支起，放在白纸上。 （2）在玻璃板前放一个棋子A，将另一个棋子B放在玻璃板后面，通过玻璃板可以看到棋子A的像，也可以看到玻璃板后的棋子B，移动棋子B使其与棋子A的像完全重合。 （3）为了测量物体和像到玻璃板的距离，分别在白纸上用直线标记出玻璃板的位置，在纸上对应位置用点标记出棋子的位置，用刻度尺分别测出每次实验中像和物到玻璃板的距离。 （4）改变棋子A到玻璃板的距离，再做几次实验。 3．进行实验 学生分小组结合实验器材进行讨论分工并尝试进行实验。 教师巡视并倾听学生的想法，观察学生的实验过程并收集实验中出现的问题： （1）玻璃板与白纸的位置关系是怎样的？ （2）如果玻璃板向前倾斜，棋子B还能跟棋子A的像重合吗？ （3）怎样判断玻璃板后面的棋子与像已经完全重合了？ （4）实验中为什么使用两个等大的棋子，只用一个棋子能否比较像与物的大小？学生思考讨论，尝试解决实验中出现的问题并交流分享： （1）玻璃板与白纸是垂直的。 （2）如果玻璃板向前倾，则像会偏上，棋子B就不能与棋子A的像重合了。 （3）在玻璃板的前面从不同位置观察，都能看到棋子B与棋子A的像重合。 （4）不能。棋子A的像只能观察，其大小不易测量。若等大的棋子B能与棋子A的像重合，则说明像与物的大小相等；若不能重合，则说明像与物的大小不相等。 学生根据实验中观察到的现象进行总结： （1）棋子B右侧红色半圆形与棋子A左侧红色半圆形能完全重合，说明像与物的左右是相反的，上下是一致的。 （2）棋子A和棋子B是等大的，棋子B能完全与棋子A的像重合，说明像与物是等大的。 （3）棋子A和棋子B到玻璃板的距离相等，说明像和物到玻璃板的距离相等。 （4）改变棋子A到玻璃板的距离，移动棋子B，发现它仍能与棋子A的像重合，说明像与物的大小相等。 师生共同归纳得出：只能用眼睛观察，不能成在光屏上的像称为虚像；既能用眼睛观察又能成在光屏上的像称为实像。 教师引导：请你在像的位置放一张白纸作为光屏，判断玻璃板所成的像是实像还是虚像。 学生进行操作并判断：从光屏上不能看到像，所以玻璃板成的像是虚像。 教师引导：请你观察像和物与玻璃板的位置关系，并结合数学方法说明。 学生进行操作并根据现象总结：连接对应的像点与物点，发现像和物的连线与玻璃板所在的平面垂直，即像与物关于玻璃板所在的平面对称。 4．分析总结 师生根据以上探究总结得出平面镜成像的特点： （1）像与物大小相等。 （2）像与物的上下一致，左右相反。 （3）像到平面镜的距离等于物到平面镜的距离。 （4）像与物的连线垂直于镜面，像与物关于平面镜对称。 （5）平面镜所成的像为虚像。 【设计意圈】平面镜是学生生活中常见的物品，通过小组合作的方式自主探究得出结论，可以培养学生设计实验和实验操作的能力。引导学生探究平面镜成虚像的特点，由此帮助学生体会虚像和实像的定义及虚像的特点。 任务二：平面镜成虚像的原理 教师提问：我们是怎样看到平面镜中的像的？ 学生思考并尝试回答。 教师展示平面镜成像的原理图（如图所示）并进行讲解：物体发出或反射的光向四面八方传播，其中的一部分光照射到平面镜上发生反射。如果在这部分反射光的范围内，有光进入我们的眼睛，我们就会看到物体的像。下面我们试着利用光的反射定律画出反射光路图。 先画出从光源上的某点S发出并射向平面镜的任意几条光线，根据光的反射定律，可以确定与之对应的反射光线的方位。我们能看到这几条反射光线是发散的，没有交点，但它们的反向延长线却会交于一点S＇。 教师引导：怎样验证S＇点是否为光源S点的像呢？ 学生分小组进行讨论，并用得出的方法进行判断：再画几条从光源S点发出并射向平面镜的光线。根据反射定律，画出这些光线的反射光线及它们的反向延长线，会发现这些反射光线的反向延长线仍然会通过S＇点。这说明光源S点射到平面镜的光，其反射光线的反向延长线都要会聚到S＇点。S＇点就是光源S点在平面镜中所成的像。 教师讲解：如果人的眼睛正处于这些反射光线的传播路径上，根据光的直线传播，眼睛会觉得反射光线好像是从它们的反向延长线在镜后的交点S＇点发出的。 师生共同总结：S＇点是S点发出的光线经平面镜反射后的反射光线的反向延长线的交点。但镜子后面实际上并没有这样一个发出光线的点，所以S＇点是虚像。物体上的每个点在镜子里都有一个像点，所有的像点就组成了整个物体的虚像。虚像不是实际光会聚而成的，因此虚像不能被光屏接收。 教师提问：根据光的反射定律，利用画光路图的方法，可以确定发光点S在平面镜中成的像点S＇的位置。如果发光体不是一个点，而是有一定长度的物体，我们应该怎么办呢？如图甲所示，MN为平面镜，AB为放在镜前的物体，怎样作出AB关于平面镜MN的虚像呢？ 甲 乙 学生根据刚才作虚像点的方法进行回答：根据光的反射定律，可以分别画出A、B两点在平面镜中的像点A＇、B＇，再连接A＇、B＇两点，即为物体AB关于平面镜MN所成的虚像，如图乙所示。 教师追问：请大家观察一下像与物的位置关系，能否找到更简单的方法确定像的位置？ 学生思考后尝试回答：可以作A、B两点关于镜面的对称点A＇、B＇。 教师补充作图规范：作图时，辅助线要用虚线表示，因此垂线用虚线；要画垂足；平面镜所成的像为虚像，不是真实的光会聚而成的，因此要用虚线表示，对应端标箭头。 【设计意图】利用反射定律画出光路图，并据此分析平面镜成虚像的原因以及人眼为什么能看到虚像，是前面所学知识的一次综合运用，也可以帮助学生进一步理解虚像的概念。 任务三：平面镜和球面镜的应用 教师讲述：在前面的学习中，我们知道了平静的水面、玻璃表面等都具有平面镜的作用。我国是世界上最早使用平面镜的国家之一。远古时期，人们就会利用平静的水面作为镜子来梳妆打扮。大约在四千年前的夏朝，我国就有了铜镜。在战国时代，铜镜盛行，制作精美，但是，都是贵族妇女才能使用。近代发展了利用玻璃制成的平面镜，直到清朝末年铜镜才被玻璃镜代替，在民间普遍使用。在现代，平面镜已经广泛应用于日常生活、娱乐、医疗、军事、科学等方面。塔式太阳能电站（如图所示）就是平面镜在科学工程中的重要应用。它是将平面镜组成阵列，被平面镜反射的太阳光集中到发电站中央的熔盐塔上，进而被有效利用转化为电能。 教师提问：生活中，你还在哪些地方见过或知道哪些地方有平面镜？这些平面镜的作用都有哪些？ 学生思考讨论并交流分享： （1）牙医在检查牙齿时所用的口腔检查镜就是一块平面镜，医生通过平面镜观察口腔内部不易直接观察到的位置。 （2）视力检查时，有时也会用到平面镜，视力表在被测者后面，被测者看平面镜中的视力表的像做检查。 （3）潜水艇上使用潜望镜观察外界情况。 教师追问：根据以上实例，请你想一想，平面镜有哪些作用？ 学生思考后回答：平面镜可以成像和改变光的传播方向。 教师提问：如图所示，我们经常会在路口的转角处看到这种镜面向外凸出的镜子，我们称它为凸面镜。那么，凸面镜有什么作用呢？ 学生思考后回答：人不能直接看到转弯处对面的情况，但能通过镜面看到，利用凸面镜可以增大视野范围，保证交通安全。 教师追问：除了凸面镜以外，还有一种镜面向内凹的镜子，我们称它为凹面镜。你知道回面镜有哪些应用吗？ 学生思考后回答：太阳能灶（如图甲所示）、汽车灯（如图乙、丙所示）上都用到了凹面镜。 甲 乙 丙 教师根据学生的回答进行讲述：利用凹面镜制成的太阳能灶可以通过反射面会聚太阳光，用来烧水、煮饭，它无污染，节省燃料。汽车大灯的反光面能将灯泡发出的向各个方向的光向前反射，使其接近平行光，在夜里照射到车前方更远的路面。 教师总结：凸面镜和凹面镜的镜面都是球面的一部分，因此也被称作球面镜。平面镜和球面镜都是光的反射现象的应用。 【设计意图】通过平面镜在中国古代和现代的应用，帮助学生认识科学知识在人类社会发展中的重要作用。引导学生利用所学知识解释现象，解释平面镜、球面镜的作用，学以致用，既纠正了学生错误的前概念，又拓展了学生的知识应用能力，培养了学生的社会责任感。 核心总结 1．平面镜成像的特点： （1）像与物大小相等。 （2）像与物上下一致，左右相反。 （3）像和物到平面镜的距离相等。 （4）物和像的连线跟镜面垂直。 （5）平面镜成虚像。 2．虚像：不是真实的光会聚而成的，不能成在光屏上。 3．平面镜的作用：成像和改变光的传播方向。 4．凸面镜和凹面镜的作用： （1）凸面镜可以扩大视野。 （2）凹面镜可以会聚光。 学科网（北京）股份有限公司 $$