由“平面镜成像‘近大远小’”引发的思考

2006年9月下旬,我市举办了两年一度的全市青年物理教师优质课评选活动。笔者作为评委之一,全程听、评了23位初中教师的参评课,其中有12位的课题是人教版《平面镜成像》。在课堂教学中,教者大都引导学生探究平面镜成像的规律,不少学生依据自己照镜子的经验提出了这样的猜想:物离平面镜近,所成的像大;物离平面镜远,所成的像小。由于受时间和课题的限制,教者有的对“近大远小”没有解释和探讨,有的做了这样简单的解释:人的眼睛看物体感觉到的大小是由视角的大小来决定的,视角大,感觉就大;视角小,感觉就小。同一物体离人的眼睛近时视角大,所以感觉到大;离眼睛远时视角小,所以感觉到小。
这个问题真的这么简单吗?我们先从人的眼睛的结构说起。
我们对人的眼睛的结构比较熟悉,如图1,角膜、房水、晶状体、玻璃体共同构成眼睛的屈光系统,其作用等效于一个凸透镜。物体(实物或虚物)通过这个凸透镜的作用成像于视网膜上,形成缩小、倒立的实像,视网膜上的神经细胞在受到光刺激后,将光信号转变成生物电信号,通过神经系统传至大脑,这些信号在大脑中恢复成图形,再根据人的经验、记忆、分析、判断、识别等极为复杂的过程,构成视觉,在大脑中形成物体的大小形状、颜色明暗等概念。
观察同一物体,在近处(如图2)与在远处(如图3)相比,主要是等效凸透镜的焦距发生了变化,像仍然成在视网膜上,很显然,像距几乎不变(正常人的眼球前后径大约为24 mm,像距v充其量能改变多少?)。由放大率公式:m=|v|/u很容易得出结论:同一物体,离眼睛近,物距u小,放大率大,在视网膜上成的像大;离眼睛远,物距大,放大率小,在视网膜上成的像小。
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