小孔成像是由于什么形成的
小孔成像是由于什么形成的
用一個(gè)帶有小孔的板遮擋在屏幕與物之間，屏幕上就會(huì)形成物的倒像，我們把這樣的現(xiàn)象叫小孔成像。下面由學(xué)習(xí)啦小編為你詳細(xì)介紹小孔成像的相關(guān)知識(shí)。
小孔成像是由于什么形成的：
小孔成像的成像原理：
光的直線(xiàn)傳播
原理： 光在同種均勻介質(zhì)中，在不受引力作用干擾的情況下沿直線(xiàn)傳播
太陽(yáng)給人類(lèi)以光和熱，這是人類(lèi)不可缺少的光源。但是由于地球的自轉(zhuǎn)，形成了白晝和黑夜。每到晚上，黑暗就籠罩著大地。生活在遠(yuǎn)古的人類(lèi)祖先，對(duì)黑夜是無(wú)能為力的。黑暗給人們以可怕、可惡的感覺(jué)，直到今天黑暗仍為人們用來(lái)形容邪惡。不知經(jīng)歷了多少個(gè)世紀(jì)，人類(lèi)才發(fā)現(xiàn)火也能提供光和熱。開(kāi)始是使用天然火，以后又發(fā)明了人工摩擦取火。人工摩擦取火的發(fā)明是人類(lèi)歷史的一個(gè)劃時(shí)代進(jìn)步，它“第一次使人支配了一種自然力，從而最終把人同動(dòng)物界分開(kāi)”。生活在五十萬(wàn)年以前的北京猿人就已經(jīng)懂得使用天然火，大約在幾萬(wàn)年前人類(lèi)又學(xué)會(huì)了用鉆木的方法人工取火。火在長(zhǎng)時(shí)期里一直是人們唯一可以利用的人造光源，后來(lái)人們創(chuàng)造了油燈、蠟燭，還是離不開(kāi)火，一直到近代光源的發(fā)明才取代了火。
通過(guò)對(duì)光的長(zhǎng)期觀(guān)察，人們發(fā)現(xiàn)了沿著密林樹(shù)葉間隙射到地面的光線(xiàn)形成射線(xiàn)狀的光束，從小窗中進(jìn)入屋里的日光也是這樣。大量的觀(guān)察事實(shí)，使人們認(rèn)識(shí)到光是沿直線(xiàn)傳播的。為了證明光的這一性質(zhì)，大約二千四五百年前我國(guó)杰出的科學(xué)家墨翟和他的學(xué)生作了世界上第一個(gè)小孔成倒像的實(shí)驗(yàn)，解釋了小孔成倒像的原理。雖然他講的并不是成像而是成影，但是道理是一樣的。
墨家的研究
在一間黑暗的小屋朝陽(yáng)的墻上開(kāi)一個(gè)小孔，人對(duì)著小孔站在屋外，屋里相對(duì)的墻上就出現(xiàn)了一個(gè)倒立的人影。為什么會(huì)有這奇怪的現(xiàn)象呢?墨家解釋說(shuō)，光穿過(guò)小孔如射箭一樣，是直線(xiàn)行進(jìn)的，人的頭部遮住了上面的光，成影在下邊，人的足部遮住了下面的光，成影在上邊，就形成了倒立的影。這是對(duì)光直線(xiàn)傳播的第一次科學(xué)解釋。
墨家還利用光的這一特性，解釋了物和影的關(guān)系。飛翔著的鳥(niǎo)兒，它的影也仿佛在飛動(dòng)著。墨家分析了光、鳥(niǎo)、影的關(guān)系，揭開(kāi)了影子自身并不直接參加運(yùn)動(dòng)的秘密。墨家指出鳥(niǎo)影是由于直線(xiàn)行進(jìn)的光線(xiàn)照在鳥(niǎo)身上被鳥(niǎo)遮住而形成的。當(dāng)鳥(niǎo)在飛動(dòng)中，前一瞬間光被遮住出現(xiàn)影子的地方，后一瞬間就被光所照射，影子便消失了;新出現(xiàn)的影子是后一瞬間光被遮住而形成的，已經(jīng)不是前一瞬間的影子。因此，墨家得到了“景不徙”的結(jié)論，“景”通“影”，就是說(shuō)，影子不直接參加運(yùn)動(dòng)。那么為什么影子看起來(lái)是活動(dòng)著的呢?這是因?yàn)轼B(niǎo)飛動(dòng)的時(shí)候，前后瞬間影子是連續(xù)不斷地更新著，并且變動(dòng)著位置，看起來(lái)就覺(jué)得影是隨著鳥(niǎo)在飛動(dòng)一樣。墨家還從光線(xiàn)直線(xiàn)傳播的原理解釋了投影和半影的現(xiàn)象。
趙友欽的試驗(yàn)
十四世紀(jì)中葉，元代天文數(shù)學(xué)家趙友欽在他所著的《革象新書(shū)》中進(jìn)一步詳細(xì)地考察了日光通過(guò)墻上孔隙所形成的像和孔隙之間的關(guān)系。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)孔隙相當(dāng)小的時(shí)候，盡管孔隙的形狀不是圓形的，所得的像卻都是圓形的(其中所含原理是因?yàn)椋哼@時(shí)的小孔成像成的是太陽(yáng)的像，故為圓形);日食的時(shí)候，像也有缺，和日的食分相同;孔的大小不同，但是像的大小相等，只是濃淡不同;如果把像屏移近小孔，所得的像變小，亮度增加。對(duì)于這一現(xiàn)象，趙友欽經(jīng)過(guò)精心思索和研究，得出了關(guān)于小孔成像的規(guī)律。他認(rèn)為孔相當(dāng)小的時(shí)候，不管孔的形狀怎樣，所成的像是光源的倒立像，這時(shí)孔的大小只不過(guò)和像的明暗程度有關(guān)，不改變像的形狀。當(dāng)孔相當(dāng)大的時(shí)候，所得到的像就是孔的正立像。
為了證實(shí)這個(gè)結(jié)論，趙友欽設(shè)計(jì)了一個(gè)比較完備的實(shí)驗(yàn)。在樓下的兩間房子的地板中各挖兩個(gè)直徑四尺多的圓井，右邊的井 深四尺，左邊的深八尺，在左井里放置一張四尺高的桌子，這樣兩井的深度就相同。作兩塊直徑四尺的圓板，板上各密插一千多枝蠟燭，點(diǎn)燃后，一塊放在右井井底，一塊放在左井桌上。
在井口各蓋直徑五尺、中心開(kāi)小方孔的圓板，左板的方孔寬一寸左右，右板的方孔寬半寸左右。這時(shí)可以看到樓板上出現(xiàn)的都是圓像，只是孔大的比較亮，孔小的比較暗。趙友欽用光的直線(xiàn)傳播的道理，說(shuō)明了東邊的燭成像于西，西邊的成像于東，南邊的成像于北，北邊的成像于南，每根燭都有對(duì)應(yīng)的像，由于一千多枝燭是密集成圓的，所成的像也相互連接成為圓像。
這樣就說(shuō)明了在光源、小孔、像屏距離不變的情況下，所成的像形狀不變，只有照度上的差別：孔大的“所容之光較多”，因而比較亮;孔小的“所容之光較少”，因而比較暗。如果把右井里東邊的蠟燭熄滅五百枝，那右邊房間樓板上的像西邊缺半，相當(dāng)于日月食的時(shí)候影和日、月食分相等一樣。
如果在左邊中蠟燭巰密相間，只燃點(diǎn)二三十枝，那像雖是圓形分布，但是各是一些不相聯(lián)接的暗淡方像;如果只燃一燭，方孔對(duì)于燭光源來(lái)說(shuō)不是相當(dāng)?shù)匦?，因而出現(xiàn)的是方孔的像;把所有的燭重新點(diǎn)著，左邊的像就恢復(fù)圓形。其次，在樓板上平行于地面吊兩塊大板作為像屏，這時(shí)像屏距孔近，看到的像變小而明亮。接著去掉上面所說(shuō)的吊著的兩塊板，仍以樓板作為像屏，撤去左井里的桌子，把蠟燭放到井底，這時(shí)左井的光源離方孔遠(yuǎn)，左邊的樓板上出現(xiàn)的像變小，而且由于燭光弱，距離增加后亮度也變?nèi)酢?/p>
從這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙友欽歸納得出了小孔成像的規(guī)律，指出了燭(光源)的遠(yuǎn)近、強(qiáng)弱和小孔、像屏的遠(yuǎn)近之間的關(guān)系，指出像屏近孔的時(shí)候像小，遠(yuǎn)孔的時(shí)候像大;燭距孔遠(yuǎn)的時(shí)候像小，近孔的時(shí)候像大;像小就亮，像大就暗;燭雖近孔，但是光弱，像也就暗;燭雖遠(yuǎn)孔，但是光強(qiáng)，像也就亮。實(shí)驗(yàn)的最后一步是撤去覆蓋井面的兩塊板，另在樓板下各懸直徑一尺多的圓板，右板開(kāi)廣四寸的方孔，左板開(kāi)各邊長(zhǎng)五寸的三角形孔，調(diào)節(jié)板的高低，就是改變光源、孔、像屏之間的距離。這時(shí)仰視樓板上的像，左邊是三角形，右邊是方形。這說(shuō)明孔大的時(shí)候所成的像和孔的形狀相同：孔距屏近，像小而明亮;孔距屏遠(yuǎn)，像大而暗淡。
從以上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙友欽得出了小孔的像和光源的形狀相同、大孔的像和孔的形狀相同的結(jié)論，并指出這個(gè)結(jié)論是“斷乎無(wú)可疑者”。用這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，來(lái)證明光的直線(xiàn)傳播，闡明小孔成像的原理，這在當(dāng)時(shí)世界上是絕無(wú)僅有的。
小孔成像的實(shí)驗(yàn)：
1.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(xiàn)上。蠟燭和小孔屏的距離不宜過(guò)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。
第二種：剪去易拉罐的上部，蒙上一層塑料膜，在罐底鉆一個(gè)小洞。將小洞向外對(duì)著發(fā)光物體，即可在塑料膜上得到倒立的像。