趣谈小孔成像

来源 :初中生世界·初二物理 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wennny77
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  小孔成像的故事
  有人请了一个画匠为他画一张画.三年以后,画匠告诉他:“画成了!”他一看,八尺长的木板上只涂了一层漆,什么画也没有,便大发脾气,认为画匠欺骗了他.画匠说:“请你修一座房子,房子要有一堵高大的墙,并在这堵墙对面的墙上开一扇大窗户,再把木板嵌在窗上.太阳一出来,你在对面的墙上就可以看到一幅图画.”他半信半疑,照画匠的话去办.果然,在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图像,好像一幅绚丽多彩的风景画.尤其奇怪的是,画上的人和车还在动,不过都是倒着的!
  这是怎么一回事呢?
  其实这就是小孔成像的应用.同学们,你们知道小孔成的像为什么是倒立的?像的大小和哪些因素有关?像的清晰程度和哪些因素有关?
  在解决上面的问题之前,我们先来做个实验.
  
  


  小孔成像实验
  把一支削得很尖的铅笔,在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔,孔的直径约三毫米左右.设法把它直立在桌子上,然后拉上窗帘,使室内的光线变暗.
  点上一支蜡烛,放在靠近小孔的地方.拿一张白纸,把它放在小孔的另一面.这样,你就会在白纸上看到一个倒立的烛焰.我们称它是蜡烛的像.前后移动白纸,瞧瞧烛焰的像有什么变化?
  当白纸离小孔比较近的时候,像小而明亮;当白纸慢慢远离小孔的时候,像慢慢变大,亮度变暗.
  下面我们来改变小孔的大小,再来观察蜡烛的像有哪些变化.
  在硬纸片上,扎几个大小不等、形状不同的孔,孔和孔之间相距几厘米.把硬纸片放在成像的位置,这时候在白纸上就出现了好几个和小孔相对应的倒像.它们的大小都一样,但是清晰程度不同,孔越大,像越不清晰.只要孔足够小,它的形状不论是方的、圆的、扁圆的,对像的清晰程度都没有影响.
  
  


  小孔成像的原理
  做了上面的实验,还是没有解决开始提出的问题.我们观察下面的图像可以知道,烛焰上部发出的光沿直线通过小孔,照在白纸的下部;烛焰下部发出的光通过小孔,照在白纸的上部,所以在白纸上形成一个倒立的像.这说明了光是沿直线传播的,也就是说可以用光沿直线传播来解释小孔成像.
  如果你把小孔开得太大,穿过小孔的光束就变粗.由烛焰各部分射来的光束通过较大的孔以后,会在白纸上形成一些较大的光斑.这些光斑互相交叉重合,烛焰的像就变得模糊不清了.再增大小孔的孔径,白纸上就只会出现一个模糊的大光斑.
  此外,研究发现,烛焰离小孔越近,屏离小孔越远,所成的像越大.反之,所成的像越小.所以说,小孔成像所得到的像的大小与物体、屏到小孔的距离有关,并不一定总是放大或缩小的.
  
  小孔相机的制作
  材料:两个能紧密套在一起的圆纸筒(如两个相同的牙膏盒)、半透明白纸(宣纸或白塑料袋)、不透明厚纸、浆糊(透明胶)、缝衣针.
  制作实验:
  ⒈在大纸筒的一个底部粘上不透明厚纸,并用缝衣针扎一个小孔.在小纸筒的一个底部粘上半透明的白纸作屏幕,并把两个纸盒筒套在一起.
  ⒉将大纸筒扎有小孔的一面对着点燃的蜡烛(或室外物体),拉动小纸筒(或大纸盒),眼睛可以看到小纸筒盒屏幕上物体的倒立的像,并且能控制像的放大或缩小.
  拿着这个相机去给你的同学照个相吧,还是彩照呢.注意,让同学到阳光下,自己拿着自制的相机在较暗的地方才会有清晰的效果哟.
  知道了原理,通过了手工制作,再用下面两个问题,来考考大家.
  
  


  解释现象
  1.太阳光直接垂直照到离地面高30cm、水平放置的一张不透明的纸板上,如果纸板上挖有一个边长为0.5 cm的方形小孔,则在地面上产生的光斑形状是( ).
  A.方形B.圆形 C.长方形D.不确定
  2.小伟同学按下图所示的装置做小孔成像实验.如果易拉罐底部有一个很小的三角形小孔,则他在半透明纸上看到的是( ).
  A.蜡烛的正立像
  B.蜡烛的倒立像
  C.三角形光斑
  D.圆形光斑
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