小孔成像,神奇的‘

杨益洪
创建于2023-08-30
阅读 356
收藏TA

需扫码在手机上打开
文章后点击更新提醒

  • 如何仅用一个孔,一个屏,把东西“复制”到屏上?
  • 研究起因 :

这个暑假,我去了一些地方,途中经常会用相机进行拍照、视频。我对相机产生了好奇:相机是如何记录下这些风景的?通过资料显示,相机中用到的原理很重要的一个就是小孔成像。为此,我决定进行几个实验,来更深入地了解小孔成像并且测试怎样才能使在屏上的图像更加清晰,更大。

  这次实验,我决定分别从:孔径大小,孔与光源的距离,孔的形状,周围亮度这4个方面进行试验,来观察这些方面是否对成像有影响。

  在实验之前,我还要先做一些准备工作:

1.材料准备

  • 材料选择:

  在材料准备方面,原定光源为手电筒,因为手电筒便于观察且便于操作,但考虑到手电筒有光圈,可能影响实验结果,所以最后选择了结果更精准的蜡烛。

  • 实验材料:

蜡烛1根、纸杯4个、半透明纸1张、牙签1支、打火机1个、黑色马克笔1支 、剪刀。

2.制作过程:


  1.  将4个纸杯的内侧底部用黑色马克笔涂黑;
  2. 将半透明纸用皮筋固定在纸杯口上;
  3. 用牙签在杯底戳三个不同直径的圆孔及1个矩形洞口。

三、研究过程:


 (一)实验一:孔径大小对小孔成像的影响研究。

  • 实验问题:
孔径大小对“小孔成像”的像大小有影响吗?
  • 实验材料:
三个在杯底戳了不同圆孔径的纸杯,半透明纸,蜡烛等。
  • 实验过程 
  1. 将三个纸杯的杯口用半透明纸和橡皮筋罩住,然后将蜡烛点燃,放在桌子上一个固定位置。

2.依次将三个纸杯的杯底对准蜡烛并与蜡烛保持固定的距离,人站在杯口侧观察记录蜡烛火焰能否在半透明纸上成像并观察记录火焰成像的大小。

图1

图2

图3

图一 孔径1mm                             图二 孔径2mm                     图三 孔径3mm                                      
                        
  • 实验分析与结论:不同孔径对成像的大小基本没有影响;但是孔径越小(大约2-3mm之间),成像越清晰;孔径越大,成像越模糊。但过小的孔会导致光线不足,看不清楚,并出现衍射现象,影响图像。
(二)实验二:孔与蜡烛距离对成像的影响研究。
  • 实验问题:
当孔的大小不变时,孔与蜡烛的距离远近对成像有影响吗?
  • 实验材料: 一个在杯底戳了1mm圆孔径的纸杯,半透明纸,蜡烛等。
  • 实验过程:

   1. 将纸杯的杯口用半透明纸和橡皮筋罩住,然后将蜡烛点燃,放在桌子上一个固定位置。

2.将杯底对准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持5cm的距离,观察蜡烛成像。

3.将杯底对准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持10cm  的距离,观察蜡烛成像。

4.将杯底对准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持20cm  的距离,观察蜡烛成像。

                      

图1

图2

图3

图一 孔距5cm                             图二 孔距10cm                     图三 孔距20cm
  • 实验分析与结论:

    孔距对成像的大小和清晰度有影响,距离越近,  成像越大,成像也越清晰;反之。

(3)实验三:不同形状的孔对成像的影响研究。

  • 实验问题:
当孔的形状改变时,孔的形状对成像有影响吗?
  • 实验材料:

    二个纸杯(杯底分别为大小相近的圆形和矩形孔口),半透明纸,蜡烛等。

  • 实验过程:

 1、将纸杯的杯口用半透明纸和橡皮筋罩住,然后将蜡烛点燃,放在桌子上一个固定位置。

2.将杯底开了圆形孔的纸杯准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持5cm的距离,观察蜡烛成像。

3.将杯底开了矩形孔的纸杯准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持5cm的距离,观察蜡烛成像。

                            

图1

图2

                                图一 圆形孔                             图二 矩形孔
  • 实验分析与结论:孔的形状对小孔成像基本没有影响。

(4)实验四:周围环境亮度对小孔成像的影响

  • 实验问题: 当周围环境的亮度改变时,会对小孔成像有影响吗?
  • 实验材料: 一个纸杯,半透明纸,蜡烛等。
  • 实验过程:
1、将纸杯的杯口用半透明纸和橡皮筋罩住,然后将蜡烛点燃,放在桌子上一个固定位置。
2、将杯底开了圆形孔的纸杯准蜡烛,并将杯底与蜡烛保持5cm的距离,观察蜡烛成像。
3、增加周围环境的亮度,观察蜡烛成像。
4、继续增加周围环境的亮度,观察蜡烛成像

图1

图2

图3

图一 周围环境暗                      图二 周围环境较亮                图三 周围环境亮
实验分析与结论:周围环境的亮度对小孔成像的形状基本没有影响,但亮度对成像的清晰度有影响,周围环境越暗,成像相对越清晰;反之。

四、研究结论

                         (1)实验规律:
                           孔的形状对成像基本没有影响;
                            孔径大小指对清晰度有影响,孔约在3mm左右最清晰;
                           距离对成像有影响,距离越近成像越大越清晰(后实验证明距离在4cm最合适);
                           环境亮度对成像有影响,周围越暗越清晰。
                         (2)小孔成像的原理:
                            光在同一种均匀物质中沿直线传播。蜡烛上部发出的光,由于光在同一种均匀物质中沿直线传播,通过小孔后射到下部,而蜡烛下部的光通过小孔后射到上部,形成了倒立的实像。
                          (3)(拓展)小孔成像的应用:
                            1. 自制针孔相机;
                            2. 针孔片的制作 ;
                            3. 消光作业;
                            4. 相机的组装;
                            5. 漏光测试;
                            ……

五、感想和体会

1、做科学实验首先要理解实验的原理,这样做实验才有目的性。
2、做科学实验需要耐心和细心。包括实验器材的准备、实验过程及实验数据的观察和记录,都要一步一步的进行,不能急于求成。
3、实验完成后要及时总结。
阅读 356
文章由 美篇工作版 编辑制作
投诉