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小孔成像的原理

所属分类:历史解密 编辑:落叶无声 访问量:3949 更新时间:2024/1/2 8:42:43

小孔成像,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,指出了光沿直线进行的性质,早于牛顿2000多年就已经总结出相似的理论。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。

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。

演示

把一支削得尖且细的铅笔,在一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

1、放好蜡烛、小孔屏和玻璃屏。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。将小洞外对着发光物体,即可在塑料膜上得到倒立的像。

实验结论

光在同种均匀物质中沿直线传播。

物距越近,像越大且亮度越暗;物距越远,像越小且亮度越亮。

性质应用

古代天历法

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。

此外,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。皮影戏到代非盛行,后来传到了西方,引起了轰动。

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)。

光的波动学说

对光的波动学说,比如氏干涉实验、双缝实验等光的干涉实验起到很关键性作用,小孔成像的原理和干涉实验的方法在现代物理学中仍然非常有用。

标签: 历史事件

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