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小孔成像（小孔成像原理及實(shí)驗(yàn)）

光學(xué)原理小孔成像，大家比較熟悉，世界上誰第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了它呢？

作為一個(gè)中國人應(yīng)感覺自豪，因以為他就是我國古代偉大學(xué)者──墨子。

墨子，約生活在公元前468年～公元前376年，名翟，魯國人。創(chuàng)立墨家學(xué)說，并有《墨子》一書傳世。

大約兩千四五百年以前，墨子和他的學(xué)生，做了世界上第一個(gè)小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)。

《墨經(jīng)》中有這樣精彩的紀(jì)錄：“景到，在午有端，與景長。說在端?！?/p>

《經(jīng)說下》解釋：“景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在遠(yuǎn)近有端，與于光，故景庫內(nèi)也?！?/p>

這里的“到”古文通“倒”，即倒立的意思。

“午”指兩束光線正中交叉的意思。

“端”在古漢語中有“終極”，“微點(diǎn)”的意思。

“在午有端”指光線的交叉點(diǎn)，即針孔。物體的投影之所以會(huì)出現(xiàn)倒像，是因?yàn)楣饩€為直線傳播，在針孔的地方，不同方向射來的光束互相交叉而形成倒影。

“與”指針孔的位置與投影大小的關(guān)系而言。

“光之人，煦若射”是一句很形象的比喻。

“煦”即照射，照射在人身上的光線，就像射箭一樣。

“下者之人也高；高者之人也下”是說照射在人上部的光線，則成像于下部；而照射在人下部的光線，則成像于上部。于是，直立的人通過針孔成像，投影便成為倒立的。

“庫”指暗盒內(nèi)部而言。“遠(yuǎn)近有端，與于 光”，指出物體反射的光與影像的大小同針孔距離的關(guān)系。

物距越遠(yuǎn)，像越??；物距越近，像越大。

這樣的描述，解釋了小孔成倒像的原因，指出了光的直線進(jìn)行的性質(zhì)。

墨子在光學(xué)方面的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只停留在小孔成像上，據(jù)《墨經(jīng)》中記載：墨子首先探討了光與影的關(guān)系，他細(xì)致地觀察了運(yùn)動(dòng)物體影像的變化規(guī)律，提出了“景不徙”的命題，即影子不參與運(yùn)動(dòng)。

隨之，墨子又探討了物體的本影和副影的問題。他指出，光源如果不是點(diǎn)光源，由于從各點(diǎn)發(fā)射的光線產(chǎn)生重復(fù)照射，物體就會(huì)產(chǎn)生本影和副影；如果光源是點(diǎn)光源，則只有本影出現(xiàn)。

接著，墨子又進(jìn)行了小孔成像的實(shí)驗(yàn)。墨子對(duì)平面鏡、凹面鏡、凸面鏡等也進(jìn)行了相當(dāng)系統(tǒng)的研究，得出了幾何光學(xué)的一系列基本原理。

儀器和器材

蠟燭、小孔屏（孔徑1－3毫米）、毛玻璃屏

實(shí)驗(yàn)方法

1．按圖所示放好蠟燭、小孔屏和毛玻璃屏

點(diǎn)燃蠟燭，調(diào)整蠟燭和屏的高度，使蠟燭的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一條直線上。蠟燭和小孔屏的距離不宜過大。調(diào)整后，可以在毛玻璃屏上看到蠟燭火焰倒立的實(shí)像。

2．移動(dòng)蠟燭或毛玻璃屏的位置，可以看到，蠟燭距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越遠(yuǎn)，得到的像越大。

注意事項(xiàng)

1．配合演示要畫出小孔成像的光路圖，運(yùn)用光的直線傳播規(guī)律說明小孔成倒立實(shí)像以及物點(diǎn)和像點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。

2．孔的大小，物與小孔的距離配合要適當(dāng)，以保證所成實(shí)像既清晰又有一定的亮度。

一般來說，孔徑越小，像越清晰，像的亮度越差；孔徑越大，物與小孔屏的距離應(yīng)越大。亦是光向四面八方分散的越廣。所以孔徑不宜過大。

3．毛玻璃屏的毛面應(yīng)對(duì)著小孔，觀察者即可從屏的毛面對(duì)光的漫反射看到實(shí)像，也可從毛玻璃屏透射的光看到實(shí)像。

4．本實(shí)驗(yàn)應(yīng)在暗室中進(jìn)行。

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