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小孔成像的原理和特点_小孔成像物距像距关系_小孔成像的条件是什么_小孔成像与凸透镜成像详细信息
宜城教育资源网www.ychedu.com小孔成像的原理和特点_小孔成像物距像距关系_小孔成像的条件是什么_小孔成像与凸透镜成像小孔成像须具备什么条件概括地说,小孔或清晰的像要具备3个条件。第一,小孔的线度要远大于光的波长,人们早先在使用针孔照相机时发现,当小孔很小时,像变得模糊不清。后来人们研究发现,这是由于光出现了衍射的缘故,当小孔的线度小到与光的波长可比拟时,通过小孔的光将不再直进,而是要发生衍射,这时的光学现象显然已经超出了小孔成像的范围。第二,小孔的线度要远小于物体的几何尺寸。当小孔太大时,光班重叠变得非常明显,像已经变得完全失真,这时在光屏上呈现的是小孔周围挡光部分的影子。这里我们应该注意到,在小孔能够保证光的直进性的前提下,也并不是孔越小越好,孔太小会使通过小孔的光线太弱,因而成的像太暗,使我们无法看清像。第三,小孔成像要有光屏存在,只有利用像斑在光屏上的漫反射,我们才能看到物体成的像。小孔成像演示编辑把一支削得尖且细的铅笔,在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔圆圈。小孔的直径约三毫米,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。当白纸离蜡烛比较近的时候,像小而明亮;当白纸慢慢远离蜡烛的时候,像慢慢变大,亮度变暗。改变小孔的大小,我们再来观察蜡烛的像有哪些变化。你可以在硬纸片上,扎几个大小不等、形状不同的孔,孔和孔之间相距几厘米。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,像越不清楚。孔只要够小,它的形状不论是方的、圆的、扁圆的,对像的清晰程度和像的形状都没有影响。实验编辑1.放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏。点燃蜡烛,调整蜡烛和屏的高度,使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上。蜡烛和小孔屏的距离不宜过大。调整后,可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像。2.移动蜡烛或毛玻璃屏的位置,可以看到,蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远,得到的像越大。第二种:剪去易拉罐的上部,蒙上一层塑料膜,在罐底钻一个小洞。将小洞向外对着发光物体,即可在塑料膜上得到倒立的像。实验结论编辑1. 光在同种均匀物质中沿直线传播。2. 物距越近,像越大且亮度越暗;物距越远,像越小且亮度越亮。[1]问题解释编辑这个实验至少向我们提出了三个问题:小孔成的像为什么是倒立的?像的大小和哪些因素有关?像的清小孔成像图像是相反的晰程度和哪些因素有关?为了说明这些问题,我们把蜡烛的火焰看成是由许多小发光点组成的,每个发光点都向四面八方发射着光。总会有一小束光,笔直地穿过小孔,在白纸上形成一个小光斑。烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的光斑,全部光斑在白纸上就组成了一个烛焰的像。从图中可以看出,烛焰上部发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。这正好说明了光是直线传播的。当孔比较小的时候,物的不同部分发出的光线会到达屏幕的不同的部分,而不会在屏幕上相互重叠,所以屏幕上的像就会比较清晰。如图所示(点击图可以放大),由于孔比较小,物的A处发出的光线就不会到达屏幕的C处,只有物的B处发出的光线才会到达屏幕的C处,屏幕上的C处的光线只来自物的B处,所以C处的像就会比较清晰。当孔比较大的时候,物的不同部分发出的光线会在屏幕上重叠,屏幕上的像自然也就不清晰了。如图所示(点击图可以放大),如果孔相当大,那么物的A处发出的光线会到达屏幕的C处,而且B处的光线也会到达屏幕的C处,这样光线就会发生重叠,光信息就会发生混乱,也就无法成像。我们在面对物的一张白纸上之所以看不到像,不是因为白纸上没有来自于物的光线,而是因为来自于物的不同部分的光线在白纸上重叠了。当然孔的大小是相对于物的大小来说的,如物很大,那么就是孔也比较大,也还是可以成像的。如果我们要成太阳的像,那么就是用足球场那么大的孔也可以,只是孔越小,成的像的分辨率越高。不过,如果孔太小,通过的光线就会少,像的亮度也会降低。而且孔太小还会发生衍射等反应,这也会对成像有影响。所以,比孔小的物体或物体上的比孔小的部分是无法被成像的。如右图所示,红线或蓝线都代表着来自被成像物的光线。这些光线在屏幕上形成光点a和光点b。a点只会接收cd这个范围内来的光线,而且其强度是这个范围内的光线强度的平均(因为cd这个范围内的任意一点的光线都会到达a);b点只会接收ef这个范围内来的光线,而且其强度是这个范围内的光线强度的平均(因为ef这个范围内的任意一点的光线都会到达b)。所以,大孔是用cd这么大的区域来"扫描"物体以成像的,小孔是用ef这么大的区域来"扫描"物物体以成像的。由于cd要远大于ef,所以小孔成像的分辨率会比较低。显然,如果孔的大小不变,像距(像到小孔的距离)不变而物距增加,那么成像的分辨率就会下降,相反则分辨率上升。如果孔的大小不变,物距不变而像距增加,那么成像分辨率也会上升,相反则分辨率下降。如果像距与物距不变,孔的大小增加,那么成像的分辨率就会下降,相反则分辨率上升。即小孔成像的分辨率--像的清晰度--与像距成正比,与物距及孔的大小成反比。所以,当屏幕距离小孔十分近的时候,我们看到的是一个光斑,就是因为分辨率太低的结果。成像原理编辑光的直线传播原理:光在同种均匀介质中,在不受引力作用干扰的情况下沿直线传播太阳给人类以光和热,这是人类不可缺少的光源。但是由于地球的自转,形成了白昼和黑夜。每到晚上,黑暗就笼罩着大地。生活在远古的人类祖先,对黑夜是无能为力的。黑暗给人们以可怕、可恶的感觉,直到今天黑暗仍为人们用来形容邪恶。不知经历了多少个世纪,人类才发现火也能提供光和热。开始是使用天然火,以后又发明了人工摩擦取火。人工摩擦取火的发明是人类历史的一个划时代进步,它"第一次使人支配了一种自然力,从而最终把人同动物界分开"。生活在五十万年以前的北京猿人就已经懂得使用天然火,大约在几万年前人类又学会了用钻木的方法人工取火。火在长时期里一直是人们唯一可以利用的人造光源,后来人们创造了油灯、蜡烛,还是离不开火,一直到近代光源的发明才取代了火。通过对光的长期观察,人们发现了沿着密林树叶间隙射到地面的光线形成射线状的光束,从小窗中进入屋里的日光也是这样。大量的观察事实,使人们认识到光是沿直线传播的。为了证明光的这一性质,大约二千四五百年前我国杰出的科学家墨翟和他的学生作了世界上第一个小孔成倒像的实验,解释了小孔成倒像的原理。虽然他讲的并不是成像而是成影,但是道理是一样的。相关试验编辑目的和要求认识小孔成像为规律,理解物点和像点一一对应的关系。仪器和器材蜡烛、小孔屏(孔径1-3毫米)、毛玻璃屏实验方法1.按图2.2-1所示放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏小孔成像实验模型。点燃蜡烛,调整蜡烛和屏的高度,使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上。蜡烛和小孔屏的距离不宜过大。调整后,可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像。2.移动蜡烛或毛玻璃屏的位置,可以看到,蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远,得到的像越大。注意事项1.配合演示要画出小孔成像的光路图,运用光的直线传播规律说明小孔成倒立实像以及物点和像点一一对应的关系。2.孔的大小,物与小孔的距离配合要适当,以保证所成实像既清晰又有一定的亮度。一般来说,孔径越小,像越清晰,像的亮度越差;孔径越大,物与小孔屏的距离应越大。亦是光向四面八方分散的越广。所以孔径不宜过大。3.毛玻璃屏的毛面应对着小孔,观察者即可从屏的毛面对光的漫反射看到实像,也可从毛玻璃屏透射的光看到实像。4.本实验应在暗室中进行。参考资料用几个小灯泡组成如图2.2-2所示的图案,作为物屏,代替蜡烛做小孔成像实验。将物屏、小孔屏和毛玻璃屏按图2.2-3所示摆好,使它们的中心大致在一条直线上。依次点亮物屏上的小灯泡,如从箭头尾部的灯泡开始,可以看到,在毛玻璃屏上依次出现一个个小的圆形光斑,直到屏上显示出由圆形光斑组成的与物相似的图案。这个实验可以很直观地看到物点和像点一一对应关系。实验所用的小孔孔径可取大一些,以增大像的亮度。思考题根据光的直线传播规律证明像长和物长之比等于像和物分别距小孔屏的距离之比。小孔成像实验简单的东西是找两个大小相差不多的牙膏盒,把大点的一个去掉一个底,在没有去掉的底上用针钻一个小孔,小点的一个两个底都去掉,一端蒙上半透明的纸(塑料袋也行),把小牙膏盒套进大牙膏盒中,小孔成像像机就做成功了.(用易拉罐等同样见效)得到的道理1、只要小孔足够小,无论孔的形状如何,对所成像的清晰程度和像的形状都没有太大的影响。2、像距孔越近,所成像越小且亮;反之,越大且暗。3、孔距蜡烛越近,所成像越大且暗;反之,越小且亮。4、小孔成像的实验中,所成的像为倒立的实像,且像的大小、清晰程度与上面的结论有关。(亮和暗可以分别说是清晰和模糊) 宜城教育资源网www.ychedu.com
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