小孔成“多”像
——簡易多像小孔成像儀的制作

◎重慶市雙福育才中學(xué)校 李建 李鴻 重慶市四十七中學(xué) 晏敏

小孔成像是一種生活中常見的光現(xiàn)象，樹蔭下圓形的光斑正是太陽通過樹葉間的縫隙所成的像。如果恰好遇上日食，樹蔭下圓形的光斑就會變成“月牙形”（如圖1）。仔細(xì)觀察這些光斑，發(fā)現(xiàn)不止一個，原來小孔成像還可以成多個像呢！能否自己做一個簡易多像小孔成像儀器呢？

制作材料

紙杯、半透膜（保鮮袋膜）、橡皮筋、牙簽、蠟燭、火柴等。

制作過程

1.取3個紙杯，在紙杯底部用牙簽依次扎1個、3個、5個大小相同的小孔。注意小孔的直徑不能太大，如圖2。

圖2 扎好孔的紙杯

2.用橡皮筋將半透膜平整地覆蓋在杯口處，如圖3。

圖3 覆膜后的紙杯

3.用火柴點(diǎn)燃蠟燭，將小孔正對蠟燭火焰。調(diào)整小孔與蠟燭火焰間的距離，直至在半透膜上找到一個倒立、清晰的像。如圖4，依次用3個多像小孔成像儀觀察蠟燭火焰的像，可分別看到1個、3個和5個像！

圖4 小孔成“多”像

實(shí)驗(yàn)原理

如圖5，小孔成像是由于光在同種均勻介質(zhì)中沿直線傳播形成的。當(dāng)有多個小孔時，在光屏上就會出現(xiàn)多個物體的像。樹蔭下之所以有多個圓形光斑，就是因?yàn)樘柟馔ㄟ^樹葉間多個較小的縫隙形成的太陽的多個像。

圖5 小孔成像原理圖

科技知識窗

從小孔成像儀到針孔照相機(jī)

大約兩千四五百年前，我國學(xué)者墨翟（墨子）和他的學(xué)生做了世界上第一個小孔成像的實(shí)驗(yàn)。北宋科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中也記錄了一個有關(guān)小孔成像的現(xiàn)象：在紙窗上開一小孔，使窗外飛鳶的影子呈現(xiàn)在室內(nèi)的紙屏上，結(jié)果觀察到“鳶東則影西，鳶西則影東”的現(xiàn)象。

隨著人們對小孔成像現(xiàn)象的逐步認(rèn)識與分析以及科技的逐步發(fā)展，人類制作出了第一臺針孔照相機(jī)，為后續(xù)照相機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。