小孔成像_重庆科技馆
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小孔成像

 

展品主要展示小孔成像这一光学现象及光沿直线传播的性质。

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间,屏幕上就会形成物的倒像,这样的现象叫小孔成像。

操作方式

按下开关,点亮三色LED灯。前后移动白色屏幕,观察白屏上三色LED灯的像与物有何变化?转动转换孔,选择不同大小的孔径,观察像有何变化?

科学原理

科学原理

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光是能量的一种传播方式。光是沿直线传播的,光的传播也不需要任何介质。但是,光在介质中传播时,由于光受到介质的相互作用,其传播路径会发生偏折,产生反射与折射的现象。另外,根据广义相对论,光在大质量物体附近传播时,由于受到该物体强引力场的影响,光的传播路径也会发生相应的偏折。

l  光学现象

光学现象其实就是光同大气、云、水、灰尘、和其他粒子相互作用的结果,一般我们说的光学现象大都是来自太阳或月球的光,各种光学现在产生的效果不同。

l  光的直线传播

光在同种均匀介质中沿直线传播,通常简称光的直线传播。它是几何光学的重要基础,利用它可以简明地解决成像问题。

光的直线传播不仅是在均匀介质,而且必须是同种介质。光在两种均匀介质的接触面上是要发生折射的,此时光就不是直线行进了。比如手电发出的光有很明显的发散。光的亮度越强大,离照明参照物越近,光的单色性越好,发散越不明显。

光是直线传播(均匀介质中)的,但当光遇到另一界质(均匀介质)时方向会发生改变,改变后依然沿直线传播。而在非均匀介质中,光一般是按曲线传播的。光是沿前后左右上下各个方向传播的,光的亮度越亮,越不明显看出,当光亮度较暗时,由发光体到照明参照物的光会扩大,距离越远,扩散的越大,由最初的形状扩散到消失为止,而当发光体离照明参照物零距离时,光的形状是发光体真正的形状大小,所以光传播的方向与光的亮度、光与照明参照物的距离有关!物距越近,像越大且亮度越暗;物距越远,像越小且亮度越亮。

在小孔成像实验中,要想让图像清晰,孔必须小因为孔越大,图像就越模糊,为什么孔越大图像越模糊呢?因为在孔大的情况下光线太发散,从同一物体上部和下部投来的光线在壁上相互重叠在一起,图像自然就变得不清晰了,当小孔是一个理想的点时,物体上下部所投的象是完全分开的,当孔的尺寸稍变大,两部分像开始有点重叠,孔越大,重叠的就越多,直到最后全部重叠在一起,这时也就谈不上有什么像了。

拓展知识

生活中的应用

l  古代天文历法

光的直线传播性质,在我国古代天文历法中得到了广泛的应用。我们的祖先制造了圭表和日晷,测量日影的长短和方位,以确定时间、冬至点、夏至点;在天文仪器上安装窥管,以观察天象,测量恒星的位置。

l  照相机和摄影机

一些照相机和摄影机就是利用了小孔成像的原理--镜头是小孔(大多数安装凸透镜以保证光线成像距离),景物通过小孔进入暗室,像被一些特殊的化学物质(如显影剂等)留在胶片上(数码相机、摄影机等则是把像通过一些感光元件存储在存储卡内)


l  皮影戏

皮影戏,旧称"影子戏""灯影戏",是一种用蜡烛或燃烧的酒精等光源照射兽皮或纸板做成的人物剪影以表演故事的民间戏剧。皮影的原理是光的直线传播


关联人物

l  墨子

墨子:名翟,春秋末期战国初期宋国人 ,一说鲁阳人,一说滕国人。宋国贵族目夷的后裔 ,曾担任宋国大夫。 中国古代思想家教育家科学家军事家墨家学派创始人和主要代表人物。

墨子是中国历史上唯一一个农民出身的哲学家,创立了墨家学说。墨家在先秦时期影响很大,与儒家并称"显学"。提出了"兼爱""非攻""尚贤""尚同""天志""明鬼""非命""非乐""节葬""节用"等观点,以兼爱为核心,以节用、尚贤为支点。创立了以几何学、物理学、光学为突出成就的一整套科学理论。战国时期的百家争鸣,有"非儒即墨"之称。