小孔成像的原理

时间：2022-09-22 10:41:17 科普知识我要投稿

小孔成像的原理

　　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。下面是小编为大家整理的小孔成像的原理，仅供参考，欢迎阅读。

　　成像原理

　　小孔成像是利用光的直线传播。光在同种均匀物质中沿直线传播，物体的距越越近，像越大且亮度越暗；物体的距越越远，像越小且亮度越亮。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。

　　实验过程

　　1、放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏。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。

　　像的特点

　　1、成的像是实像。

　　2、成的像与物体大小之比为（小孔到成像屏的距离）除以（小孔到物体的距离）。

　　3、成的像与物体大小比列相同。

　　4、成的像是倒立的且左右颠倒（与原物体成中心对称）。

　　5、小孔越小，成像越清晰，但是亮度会比较小。

　　简介

　　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，解释了小孔成倒像现象，这种现象说明了光沿直线传播。

　　演示

　　把一支削得尖且细的铅笔，在一张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。

　　实验结论

　　光在同种均匀物质中沿直线传播。

　　像距不变时，物距越近，像越大且亮度变亮；物距越远，像越小且亮度变暗。

　　物距不变时，屏近像变小，变亮；屏远像变大，变暗。

　　物、孔、屏位置不变时，成像为前提，孔相对大时像变亮

　　问题解释

　　小孔成像图像是相反的这个实验至少向我们提出了三个问题：小孔成的像为什么是倒立的。像的大小和哪些因素有关。像的清晰程度和哪些因素有关。

　　为了说明这些问题，我们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。这正好说明了光是直线传播的。

　　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。如图所示(点击图可以放大)，由于孔比较小，物的A处发出的光线就不会到达屏幕的C处，只有物的B处发出的光线才会到达屏幕的C处，屏幕上的C处的光线只来自物的B处，所以C处的像就会比较清晰。

　　小孔成像当孔比较大的时候，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。如图所示(点击图可以放大)，如果孔相当大，那么物的A处发出的光线会到达屏幕的C处，而且B处的光线也会到达屏幕的C处，这样光线就会发生重叠，光信息就会发生混乱，也就无法成像。我们在面对物的一张白纸上之所以看不到像，不是因为白纸上没有来自于物的光线，而是因为来自于物的不同部分的光线在白纸上重叠了。

　　当然孔的大小是相对于物的大小来说的，如物很大，那么就是孔也比较大，也还是可以成像的。如果我们要成太阳的像，那么就是用足球场那么大的孔也可以，只是孔越小，成的像的分辨率越高。不过，如果孔太小，通过的光线就会少，像的亮度也会降低。而且孔太小还会发生衍射等反应，这也会对成像有影响。

　　所以，比孔小的物体或物体上的比孔小的部分是无法被成像的。

　　小孔成像

　　如右图所示，红线或蓝线都代表着来自被成像物的光线。这些光线在屏幕上形成光点a和光点b。a点只会接收cd这个范围内来的光线，而且其强度是这个范围内的光线强度的平均（因为cd这个范围内的任意一点的光线都会到达a）；b点只会接收ef这个范围内来的光线，而且其强度是这个范围内的光线强度的平均（因为ef这个范围内的任意一点的光线都会到达b）。所以，大孔是用cd这么大的区域来“扫描”物体以成像的，小孔是用ef这么大的区域来“扫描”物物体以成像的。由于cd要远大于ef，所以小孔成像的分辨率会比较低。显然，如果孔的大小不变，像距（像到小孔的距离）不变而物距增加，那么成像的分辨率就会下降，相反则分辨率上升。如果孔的大小不变，物距不变而像距增加，那么成像分辨率也会上升，相反则分辨率下降。如果像距与物距不变，孔的大小增加，那么成像的分辨率就会下降，相反则分辨率上升。即小孔成像的分辨率——像的清晰度——与像距成正比，与物距及孔的大小成反比。所以，当屏幕距离小孔十分近的时候，我们看到的是一个光斑，就是因为分辨率太低的结果。

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