平面镜成像实验中玻璃的厚度问题

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  题目在“探究平面镜成像特点”的活动中,实验室提供了如下器材:
  ①厚为2 mm的玻璃;②厚为5 mm的玻璃;③直尺;④光屏;⑤两只相同的蜡烛;⑥火柴。
  (1)探究活动中应选用的玻璃板是[CD#3](填序号)。
  [TP6CW73。TIF,BP#]
  类似的题如今充斥着各类书刊题库等,答案当然都是选择薄一些的玻璃。每当问道为什么是薄一些的时候,回答的原因也基本一致:因为玻璃板的前后两个面都会反射成像,即实验中会观察到两个像,玻璃越厚,这两个像相距越远,从而对实验结果的影响越大。
  结果真是这样吗?
  我们先来回顾实验操作过程:实验中,我们是首先在白纸中间画上一条横线,将玻璃板放在横线的正上方,如果考虑到玻璃的厚度问题,我们完全可以将玻璃的后表面(当然也可选择前表面)与纸上的横线对齐,这个非常容易操作吧?实验中,让蜡烛B与A所成的两个像中较远些的那个像(即通过后表面反射所成的)重合。按照这种操作来看,应该是玻璃越厚,实验越方便操作,得到的实验结论越准确。倒是玻璃薄了,[HJ1。3mm]不太容易区分这两个像,这倒比较麻烦些。所以,如果是这个原因,我们是宁愿选择厚一些的玻璃。
  选择薄一些的玻璃这个答案没有错,但是真正的原因分析却是错了。
  真正的原因是什么呢?其实不难理解。我们透过玻璃看到的是两只蜡烛的像(为方便起见,蜡烛A的像只分析通过后表面反射所成的像),A的像是平面镜反射后形成的虚像A′,B的像是玻璃折射后形成的虚像B′,就像水中的鱼一样,像的位置并不是蜡烛B的位置,[TP6CW74。TIF,Y#]而是变浅了(离玻璃近一些)的虚像。实验中,我们的操作只能是使虚像A′与虚像B′重合,并不是虚像A′与B重合,这就造成了由于实验方法导致的系统误差,如图3所示。
  最后的问题就是误差的大小了。由视深公式h′=h/n(这里的h就是玻璃的厚度,n为玻璃折射率),可见,玻璃厚度h越大,视差d=h-h′=(n-1)h/n越大。这就是实验中,总会测得像距大于物距的原因。总结起来就一句话,我们平时透过玻璃看物体,严格说来,看到的都不是物体本身而是像了,物体通过平板玻璃所成的虚像,观察点相同时,玻璃越厚,像的位置与物体实际位置差异越大,这和看水中的鱼是一样的道理 。
  为了减少这个系统误差,所以,要选择薄一些的玻璃。但是这个原因初中学生难以理解,只能死背结论。因此,这样的试题,不做也罢。
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