趣談小孔成像

小孔成像的故事

有人請了一個(gè)畫匠為他畫一張畫.三年以后，畫匠告訴他：“畫成了！”他一看，八尺長的木板上只涂了一層漆，什么畫也沒有，便大發(fā)脾氣，認(rèn)為畫匠欺騙了他.畫匠說：“請你修一座房子，房子要有一堵高大的墻，并在這堵墻對面的墻上開一扇大窗戶，再把木板嵌在窗上.太陽一出來，你在對面的墻上就可以看到一幅圖畫.”他半信半疑，照畫匠的話去辦.果然，在屋子的墻壁上出現(xiàn)了亭臺樓閣和往來車馬的圖像，好像一幅絢麗多彩的風(fēng)景畫.尤其奇怪的是，畫上的人和車還在動，不過都是倒著的！

這是怎么一回事呢？

其實(shí)這就是小孔成像的應(yīng)用.同學(xué)們，你們知道小孔成的像為什么是倒立的？像的大小和哪些因素有關(guān)？像的清晰程度和哪些因素有關(guān)？

在解決上面的問題之前，我們先來做個(gè)實(shí)驗(yàn).

小孔成像實(shí)驗(yàn)

把一支削得很尖的鉛筆，在一張硬紙片的中心部分扎一個(gè)小孔，孔的直徑約三毫米左右.設(shè)法把它直立在桌子上，然后拉上窗簾，使室內(nèi)的光線變暗.

點(diǎn)上一支蠟燭，放在靠近小孔的地方.拿一張白紙，把它放在小孔的另一面.這樣，你就會在白紙上看到一個(gè)倒立的燭焰.我們稱它是蠟燭的像.前后移動白紙，瞧瞧燭焰的像有什么變化？

當(dāng)白紙離小孔比較近的時(shí)候，像小而明亮；當(dāng)白紙慢慢遠(yuǎn)離小孔的時(shí)候，像慢慢變大，亮度變暗.

下面我們來改變小孔的大小，再來觀察蠟燭的像有哪些變化.

在硬紙片上，扎幾個(gè)大小不等、形狀不同的孔，孔和孔之間相距幾厘米.把硬紙片放在成像的位置，這時(shí)候在白紙上就出現(xiàn)了好幾個(gè)和小孔相對應(yīng)的倒像.它們的大小都一樣，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清晰.只要孔足夠小，它的形狀不論是方的、圓的、扁圓的，對像的清晰程度都沒有影響.

小孔成像的原理

做了上面的實(shí)驗(yàn)，還是沒有解決開始提出的問題.我們觀察下面的圖像可以知道，燭焰上部發(fā)出的光沿直線通過小孔，照在白紙的下部；燭焰下部發(fā)出的光通過小孔，照在白紙的上部，所以在白紙上形成一個(gè)倒立的像.這說明了光是沿直線傳播的，也就是說可以用光沿直線傳播來解釋小孔成像.

如果你把小孔開得太大，穿過小孔的光束就變粗.由燭焰各部分射來的光束通過較大的孔以后，會在白紙上形成一些較大的光斑.這些光斑互相交叉重合，燭焰的像就變得模糊不清了.再增大小孔的孔徑，白紙上就只會出現(xiàn)一個(gè)模糊的大光斑.

此外，研究發(fā)現(xiàn)，燭焰離小孔越近，屏離小孔越遠(yuǎn)，所成的像越大.反之，所成的像越小.所以說，小孔成像所得到的像的大小與物體、屏到小孔的距離有關(guān)，并不一定總是放大或縮小的.

小孔相機(jī)的制作

材料：兩個(gè)能緊密套在一起的圓紙筒（如兩個(gè)相同的牙膏盒）、半透明白紙（宣紙或白塑料袋）、不透明厚紙、漿糊（透明膠）、縫衣針.

制作實(shí)驗(yàn)：

⒈在大紙筒的一個(gè)底部粘上不透明厚紙，并用縫衣針扎一個(gè)小孔.在小紙筒的一個(gè)底部粘上半透明的白紙作屏幕，并把兩個(gè)紙盒筒套在一起.

⒉將大紙筒扎有小孔的一面對著點(diǎn)燃的蠟燭（或室外物體），拉動小紙筒（或大紙盒），眼睛可以看到小紙筒盒屏幕上物體的倒立的像，并且能控制像的放大或縮小.

拿著這個(gè)相機(jī)去給你的同學(xué)照個(gè)相吧，還是彩照呢.注意，讓同學(xué)到陽光下，自己拿著自制的相機(jī)在較暗的地方才會有清晰的效果喲.

知道了原理，通過了手工制作，再用下面兩個(gè)問題，來考考大家.

解釋現(xiàn)象

1.太陽光直接垂直照到離地面高30cm、水平放置的一張不透明的紙板上，如果紙板上挖有一個(gè)邊長為0.5 cm的方形小孔，則在地面上產(chǎn)生的光斑形狀是（ ）.

A．方形B．圓形 C．長方形D．不確定

2.小偉同學(xué)按下圖所示的裝置做小孔成像實(shí)驗(yàn).如果易拉罐底部有一個(gè)很小的三角形小孔，則他在半透明紙上看到的是（ ）.

A．蠟燭的正立像

B．蠟燭的倒立像

C．三角形光斑

D．圓形光斑