探究小孔成像的物理问题 800

关于小孔成像的探究
河北献县 高官中学 邱石军 062256
小孔成像现象：用一个带有小孔的不透明物体遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物体倒立的像，我们把这样的现象叫小孔成像。为了探究小孔成像的规律，同学们做了如下的实验：
进行实验：用一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔，孔的直径约三毫米左右。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的像。（如图1）
（1）前后移动白纸，改变像与小孔的位置，观察烛焰的像的变化。
（2）改变烛焰到小孔的距离，观察像的变化。 （3）改变小孔形状，观察像的变化。
（4）改变小孔的大小，观察像的变化。
为了便于比较，在硬纸板上扎几个大小不等、形状不同的小孔。各孔之间相距几厘米，保持烛焰位置、小孔位置、白纸位置不变，观察像的变化。

实验现象：（1）当白纸离小孔比较近的时候，像小而明亮；当白纸慢慢远离小孔的时候，像慢慢变大，亮度变暗。
（2）当烛焰到小孔的距离比较近时，像大而暗；当烛焰到小孔的距离比较远时，像小而亮。
（3）只要孔足够小，不同形状的小孔所成的像都相同，对像的清晰程度和像的形状都没有影响。
（4）小孔的大小虽然不同，但像的大小都一样，各像的区别在于清晰程度不同，孔越大，像越不清楚。
结论：由上述实验现象，同学们得到了如下的结论：（1）小孔成像中，所成的像是倒立的像；（2）屏幕与小孔距离一定时，物体离小孔越近，像越大；物体离小孔距离一定时，屏幕离小孔越远，像越大。（3）小孔的形状对像没有影响，像的形状由物体的形状决定。（4）小孔的大小对像的大小和清晰度没有影响，但孔太大时，屏幕上将得不到像。
现象解释：通过询问老师，同学们对上述现象得到了以下合理的解释：小孔成像现象是光沿直线传播的结果，（如图2）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2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。

根据图2还可以结合三角形的有关知识得出：物体离小孔越近或屏幕离小孔越远，所成的像越大。
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。
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。

小孔成像-儿童物理化学科学小实验

光沿直线传播