蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用
admin
2023-06-09 16:16:05

正是因为光线是沿直线传播的,所以才会有小孔成像这样的现象。

比如说你面前有一堵白墙,你在白墙前面放一只蜡烛,但是墙上却没有蜡烛的“像”,但是如果你在白墙和蜡烛之间放一个带小孔的板子,墙上就出现了蜡烛的“像”,这是为什么呢?

蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图1

我们可以看一下下面这张图,当蜡烛和墙之间没有任何阻挡的时候,墙上某一个点接收到的光辉来自蜡烛的各个部分,这些来自蜡烛不同部分的光互相混杂、互相影响,变成颜色单一、与墙上其他点没有区别的状态。

蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图2

所以我们看到墙上一片亮,并没有蜡烛的“像”。

但是如果我们在蜡烛和墙之间摆上一个小孔,就完全不一样了。

因为光是沿直线传播的,所以蜡烛火焰尖端的光线只能够传播到墙的最下方,相反的,蜡烛最底端的光线只能够传播到墙的最上方。

蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图3

这也就是说,墙上各点接收到的光线的明暗、颜色都是不一样的。同时,这些线的明暗和颜色并不是随机的,而是跟蜡烛发出的光亮一一对应,这个时候,我们就能够在墙上看到一个倒立的蜡烛的“像”。

但是,上述的现象完全是建立在小孔真的非常非常小的基础之上的,实际上情况还略有不同。

无论孔有多小,但是孔都是有一定的大小的,这就导致了一个问题。

之前我们假设说,蜡烛火焰最尖端的发出的光亮只能够传播到墙的最底端,但是实际上因为孔有一定的大小,所以这个假设不完全正确,应该说蜡烛火焰尖端放出的光亮会传播到墙最底端的一小片区域内。

这一小片区域的大小跟孔的大小有关,如果孔稍微大一点儿,这一小片一小片的区域会互相影响,最后会模糊一片(如下图所示,上面的孔小,下面的孔大,成像的清晰度完全不一样)。

蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图4

所以这就是为什么我们强调的是“小孔成像”——当然是孔越小,成像越清晰,当孔大到一定程度之后,就连模糊的像也看不清楚了。

根据初中物理光学知识知道:在同一种介质中光沿直线传播,所以光线穿过小孔时光源上下部分交换,但成像形状不变,像与光源形状相同。

小孔成像的历史: 大约两千四五百年以前,我国的学者—-墨翟(墨子)和他的学生,做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因,指出了光的直线进行的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。

小孔成像的实验制作:材料很容易准备的,准备好后用一个带有小孔的板遮挡在墙体与物之间,墙体上就会形成物的倒影,我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板,墙体上像的大小也会随之发生变化,这种现象说明了光沿直线传播的性质。

实验器材:两张硬纸板(白色最好),一根蜡烛?,打火机,锥子,暗室

小孔成像原理和性质的应用

1、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。

2、我国很早就利用光的这一性质,发明了皮影戏。汉初齐少翁用纸剪的人、物在白幕后表演,并且用光照射,人、物的影像就映在白幕上,幕外的人就可以看到影像的表演。皮影戏到宋代非 常盛行,后来传到了西方,引起了轰动。

3、现在的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)。


蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图5
蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图6
蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图7
蜡烛的小孔成像原理,小孔成像原理和性质的应用图8

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