一种大口径平面镜支撑结构的仿真与实验

为提高600 mm大口径立式平面镜沿光轴旋转90°后的表面面型测量精度,对多孔支撑结构下5种不同材料的平面镜重力变形进行有限元仿真分析,并通过实验测量探究旋转后的静置时间对面型精度的影响等问题。结果表明,该多孔支撑结构下的平面镜表面由重力导致的轴向变形量不超过14 nm,满足精度要求。该多孔结构支撑的平面镜沿光轴旋转90°静置1 h后达到稳定状态,与静置2 h后的面型结果PV值仅相差0.337 nm,RMS值相差0.081 nm,实验探究了静置时间对面型结果的影响。研究发现,在至多去除6%外口径的条件下可以大幅降低平面镜表面面型PV值,PV值降低超过50 nm,由此提出一种制造大口径平面镜时通过设置支撑结构缓冲区以提高面型精度的方法,可以有效提高大口径平面镜的面型精度。

探索“双减”背景下初中物理科学探究课堂提质增效的有效策略——以“探究平面镜成像特点”为例

为了探索在“双减”政策背景下将新课标中科学探究四个要素高效融入初中物理课堂教学的方法,以“探究平面镜成像特点”为例,深度剖析课例实施过程中遇到的问题及相应的解决策略,进而提出对初中物理科学探究课堂进行“提质增效”的有效途径.

平面镜成像错误前概念的消除

平面镜成像来源于生活,是光的直线传播、光的反射两个知识点的具体应用。当学生初次接触虚像概念时,因其空间想象力较弱以及对“视角”概念理解的欠缺,对平面镜成像中的物像大小关系及物距和像距的关系常常存在着错误前概念。分析错误前概念的起源、常规探究实验遗留的问题,结合真实情境设计便捷、易于被学生所接受的测试方案,可以彻底地消除这一问题。同时,用“视角”原理解释“近大远小”的现象,有助于提升学生的核心素养。

巧用数学定义探究平面镜成像

从实验方法和实验器材2方面对探究平面镜成像实验进行改进.改变实验方法,利用轴对称定义,简化了传统实验流程,减小了实验误差;改变实验器材,利用磁性材料,解决了平面镜与底座难以垂直的问题以及物点和像点的精准描画问题.改进后的实验装置设计合理、操作简便,适合用于演示实验教学.

科学探究能力培养策略——以“探究平面镜成像的特点”教学为例

科学探究作为核心素养的要素之一,不仅是一种学习方法,更是探究活动中学生展现出的思维和实践能力.以往的教学为了追求探究要素的面面俱到,往往忽略了每一环节背后能力的培养,使得探究活动流于表面.以“探究平面镜成像的特点”一课教学为例,阐述如何组织探究活动、协调诸多探究环节之间的关系,以实现长期培养学生科学探究能力的目的.

指向学生科学论证能力培养的教学设计——以“平面镜成像”为例

科学论证能力是学生在物理学习中不可缺少的部分,它的培养能有效提高学生的逻辑推理能力,在学生学习和生活过程中解决实际问题时,也有着至关重要的作用.基于此,以“平面镜成像”一课为例,研究指向培养学生科学论证能力的课堂教学设计,为一线教师提供可参考的教学案例.

聚焦科学探究 凸显育人功能——以“平面镜成像”为例

以鲁科版“平面镜成像”教学为例,创设情境,由前概念导入探究主题;激活思维,搭建认知脚手架;以实验为基础,化解知识难点。在日常的课堂实践中培养学生的核心素养,渗透物理学科的育人功能,实现素养目标的转化与实施。

指向科学思维发展的平面镜成像实验的改进教学

物理学是一门基于实验的学科,实验教学是物理教学中不可或缺的部分.实验教学的改进与创新能增加实验的趣味性,将实验更好地呈现.新课标明确规定,科学思维作为物理学科核心素养之一,在整个核心素养培养体系中起到承上启下的重要作用.平面镜成像实验是初中阶段学生必做实验之一,但是当前的实验教学未能在促进学生科学思维发展方面产生显著作用.通过指出传统平面镜成像实验中存在的问题,对平面镜成像实验器材进行改进,促进学生科学思维的发展.

全方位审视“探究平面镜成像特点的实验”

“探究平面镜成像特点的实验”是中考物理探究型实验的重点,可以说实验题要从目的、设计、操作、原理、结论等多个环节进行考查,能让学生从各个角度和方位去探究实验,要学会创设实验,经历科学探究,学生应以“知识发现者”的身份参与科学探究的过程,需要让学生在不同的情境中运用所学的规律来解释实际问题,提升学生解决实际问题的能力.

结合器材和实验方法改进的项目化学习——以“平面镜成像”教学为例

以初中物理“平面镜成像”教学为例,依据项目化学习的理论,开展以入项活动、知识与能力建构、探索与形成成果为主要内容的单课时项目化学习活动。同时分析了玻璃板、物体、支架等实验器材和对应点选取方法的改进原因、改进措施、改进后的优点,最后从实施单课时项目化学习的可行性和意义角度谈实践感悟。

基于平面镜反射成像学习的海洋捕食者算法及特征选择

针对基本海洋捕食者算法在求解复杂优化问题时存在收敛速度慢、解精度低和易陷入局部最优的缺点,提出一种改进的海洋捕食者算法。一方面,该算法在迭代前期引入当前全局最优个体引导群体中其他个体进行搜索的策略,从而加快算法的收敛速度;另一方面,在迭代后期引入平面镜反射成像学习策略,从而帮助群体逃离局部最优和提高求解精度。将改进算法应用于12个基准测试函数的寻优,结果表明,该算法比在求解精度和收敛速度方面均获得了显著提高。再将改进算法应用于求解21个特征选择问题,结果表明,该算法能有效去除冗余特征,提高数据分类的准确度。通过以上对比实验,显示出该改进算法的性能具有较强竞争力。

“探究平面镜成像特点”实验教具的创新改进

平面镜成像是初中科学光学部分的经典实验,对学生理解平面镜成像规律并运用此规律解释生活中的现象起着关键作用,该实验的教学与改进也是一线科学老师研究和思考的热点问题。笔者借鉴有关平面镜成像实验改进的研究成果,设计并制作了一套平面镜成像演示仪。该演示仪方便师生开展探究性实验,能够让学生在指向理解的教学中建构平面镜成像规律的知识,从而培养学生高阶思维能力。

玻璃板厚度对探究平面镜成像特点的影响

探究平面镜成像特点实验,苏科版物理教材利用玻璃板来进行实验.玻璃板能反射也能透光,人眼在玻璃板前既能看到像,也能看到玻璃板后的物体,从而方便确定像的位置.教学实践中发现,学生们虽然知道使用薄一点的玻璃板进行实验比较好,但对具体原因的理解并不够深刻,本文尝试从光学原理的角度来解释玻璃板厚度对该实验的影响.

基于培养学生视觉空间智能的创新教学设计——以“平面镜成像”为例

笔者基于加德纳多元智能理论,以“平面镜成像”一节为例,对其中关键教学步骤进行创新设计,使课堂教学在满足物理学科核心素养的基础上,融合多种智能活动,并着重培养学生的视觉空间智能.

平面镜成像实验的改进与创新

平面镜成像实验是初中物理光学中的经典实验,但直接用蜡烛和平面镜进行实验,学生不能动态得出像和物连线与镜面垂直的关系,同时要记录蜡烛位置,然后用刻度尺进行测量之后才能得出物距和像距相等的结论。通过长时间的研究和实践,笔者对平面镜实验进行了改进,自制教具“带刻度的平面镜成像仪”。改进后的实验器材制作简单、原料简单易得、便于推广;也可以让学生在转动刻度尺的过程中动态地观察像和物的连线与镜面垂直,增强了实验现象的动态连续性;同时节省了实验探究时间,提高了实验教学的实效性。

平面镜成像实验的成像特点与生活实例

物理实验是对生活中自然现象的探索与总结,一方面能够培养学生对生活现象的好奇心;另一方面可以激发学生对物理学习的兴趣,既丰富了学习生活,也探索了自然世界的奥秘.平面镜成像实验是初中物理学习的第一个实验,在考查平面镜成像中像与物关系的同时,更是考查了学生的实验动手能力,要求学生对实验装置、实验步骤、实验原理,以及实验结论有深刻且全面的认识.本文详细讲解平面镜成像实验的过程与细节,对成像的特点和实验的考点进行解析汇总,并列举四道典型例题,给出详细解题思路,希望帮助学生对平面镜成像实验有更全面地掌握.

平面镜与凸透镜总是成左右相反的像吗?——基于模型建构的空间形象思维能力培养

科学思维是物理学科核心素养的核心要素.而形象思维特别是以模型建构为基础的空间形象思维能力的培养,是初中学生学习物理最基本的思维能力,也是学业水平考查的重要内容.文章通过对2023年安徽省物理中考光学试题实施模型建构分析,通过具体的静态与动态物理模型深入讨论,在物理模型的平动与转动中总结出物理概念或归纳出物理规律.在物理实验探究过程中调动学生的三维空间想象力,对学生科学思维能力的培养起到奠基和推动作用.

基于平面镜的相机-显示器快速标定方法

针对基于计算视觉的镜面物体测量中相机和显示器的位置参数标定问题,提出了一种基于平面镜的快速标定方法。该方法使用显示器投射标定模板直接作为标定物,由相机通过平面镜的反射获得标定模板的图像,然后进行相机标定,可同时获得相机的内部参数及标定模板虚像在相机坐标系下的位置参数,最后根据平面镜成像的原理计算标定模板即显示器的实际位置。在标定过程中,平面镜可自由移动,而无需知道平面镜的具体位置参数。实验结果表明,该方法简单快速,同时具有较高的标定精度,满足实际测量需求。

高精度大口径平面镜面形角差法测试探究

研究了一种集高精度自准直仪与五棱镜于一体,采用角差法(角度变化量测试),实现大口径平面镜垂直状态下面形测试的方法.此方法的运用可实现对大口径平面镜面形的直接高精度检测,突破常规'以大测大'的高成本检测方法.本文阐述了测试装置的设计思想,对影响面形轮廓测试精度的因素进行了讨论.大口径平面镜面形的变化可通过其各点法线方向角度的变化量而反映出,采用高精度测试角度变化量的方法可计算获知面形轮廓状态.通过对大口经平面镜条带区域面形轮廓的测试原理分析,计算得出角差法(角度变化量测试)的测量不确定度.同时,由于对测试的高精度要求(纳米级),测试环境(温度、振动、气流扰动)也对测试结果有着不可忽视的影响,通过条带区域轮廓测试实验,对采样方式与环境影响进行了分析,从而得出在一定测试条件下,测量装置与环境对测量精度的影响程度,其测量不确定度可达到次纳米量级以上(扩展不确定度U=15.4～9.0 nm,取置信概率p＝0.99,包含因子κ＝3),基本满足测试需要.

基于高精度电子水平仪的平面镜水平调整方法

本文提出一种基于高精度电子水平仪实现平面镜反射面水平调整的方法,利用平面镜水平基准作参考进而实现激光干涉仪测量光束竖直方向准直的目的。利用该方法搭建的实验装置通过最短的传递环节将竖直轴向标准传递至平面镜反射面的水平调整上,建立数学模型证明了该方法可行性,并给出了仿真结果;通过实验及分析,本文搭建的实验装置竖直轴向标准精度小于28μrad,传递至平面镜的反射面上,实验得到平面镜水平倾角小于30μrad,从而实现一种平面镜反射面作为参考级水平基准的调整;最后设计实验应用于光束竖直方向准直调整,并实现与酒精液面参考的直接比对,实验证明本文搭建的平面镜水平调整装置与传统的酒精液面参考水平特性高度吻合。