光学中小孔成像实验探究初二一班 孔 婷人教版八年级物理教材中介绍了利用光的直线传播的小孔成像，为进一步理解和探究小孔成像及其规律，在此，我利用废旧的易拉罐，制作了小孔成像仪，做成像实验，探讨成像的大小与哪些因素有关实验准备：一是多个易拉罐、一支蜡烛、一张塑料半透明膜；二是去掉易拉罐顶部，分别在其底面钻一个不同大小的小孔；三是将塑料膜平整地铺在易拉罐顶部；四是点燃蜡烛，使其立于桌面；五是将小孔对准蜡烛火苗，调整小孔成像仪与蜡烛火焰间位置直到看到清晰的倒立的影像 一、探究小孔成像的清晰程度与周围光线强弱的关系通过在白天、晚上等外界光线强弱不同时，以及用纸盒遮光器遮挡时，分别观察像的变化，可以发现：1、在外界光线强，有遮光器时观察像的清晰程度；无遮光器时观察像的清晰程度2、在外界光线弱，有遮光器时观察像的清晰程度；无遮光器时观察像的清晰程度由实验得到以下：外界光线强弱有无遮光器成像效果（是否清晰）试验一强有清晰实验二强无不清晰实验三弱有较清晰实验四弱无较清晰通过实验可以得出结论：成像的清晰程度与周围光线强度有关，周围环境越亮，成像越不清晰；周围环境越暗，成像越清晰二、探究不同口径小孔的成像规律如图所示，我们制作了5个孔径大小不一的小孔成像仪器：d=7mmd=5mmd=2mmd=1mmd<1mm整理成下表1：孔径大小/cm成像清晰度亮度像的大小1号瓶<1很清晰很暗很小2号瓶1比较清晰比较暗比较小3号瓶2清晰明亮正常大小4号瓶3模糊比较亮比较大5号瓶5很模糊很亮很大得出结论：在光源与小孔距离一定时，小孔越大，成的像越不清晰。
分析和论证：小孔成像的原理是这样的：三、探究影响像大小因素实验猜想影响像大小有这几个因素：1、孔径的大小，孔径越大，像越大2、相机与物体的距离，距离越长，像越小3、半透膜与针孔的距离，距离越长，像越大下面就针对这三个假设因素进行实验验证实验一、探究像大小与孔径的大小的关系由上述表1，得出结论: 孔径越大，成像越大实验二、探究像大小与物距离之间的关系左右移动小孔成像仪进行试验，得到以下数据表2:实验次数距离物体远近/cm像的大小/cm第一次3.58.5第二次13.53.2第三次23.51.3第四次33.50.7第五次43.50.6第六次53.50.5第七次63.50.3得出结论：像的大小与成像仪与物体的距离有关，当光源与半透膜之间距离不变时，物距越长，像越小，反之亦然可知半透膜和小孔的距离逐渐变长，像逐渐变大，和猜想一致得出结论：像的大小与半透膜和小孔的距离有关，当光源与成像仪之间距离不变时，半透膜和小孔的距离越长，像越大，反之亦然进一步探究：设光源长度为L1，像长度为L2，光源与孔的距离为L3，半透膜与小孔的距离为L4，则L1，L2，L3，L4之间存在着什么关系呢？取一组数据，实验1中第一次实验，此时L1=3cm，L2=8.5cm，L3=3.5cm，L4=10cm此时经尝试可发现再随意的带入几组其它数据也可得到同样的结论，如：当L1=3cm，L2=5.2cm，L3=16cm，L4=28cm时则作出猜想 D OBA针孔光源（长度为L1）半透膜上的像（长度为L2）光源与孔的距离（长度为L3）半透膜与小孔的距离（长度为L4）C论证：如图1，AB∥CD，则∠BAO=∠CDO, ∠ABO=∠DCO 又∠AOB=∠DOC 则△AOB∽△DOC 则 则则得结论：L1,L4不变，L2×L3=L1×L4,L3与L2成反比，则L3越大，L2越小；L1，L3不变，， L2与L4成正比，则L4越大，L2越大我们又可发现，若L1,L3+L4=k不变、则，则L3越大，L2越小可得结论:当光源与光源半透膜距离一定时，光源与孔的距离越大，像越小。
如此只要知道L1,L2,L3,L4中任意3个数的值，就能得出第4个数的值实验总结：对像的清晰度造成影响的因素：1、环境中的光线，光线越强，清晰度越差，反之亦然 解决方法：加遮光器2、与孔径的大小有关，孔径越小，越清晰对像的大小造成影响的因素：1、孔径的大小，孔径越大，像越大，反之亦然2、相机与物体的距离，距离越长，像越小，反之亦然3、半透膜与小孔的距离，距离越长，像越大，反之亦然4、当光源与光源半透膜距离一定时，光源与孔的距离越大，像越小四、探究小孔成像与孔的形状是否有关小孔成像的试验中，不论小孔的形状如何改变，如圆形、三角形等，所成的像并不随小孔的形状改变而改变，这是为什么？分析：保证小孔成像的前提条件是小孔足够小，小到小孔的形状可以忽略不计，这样穿过小孔的光束的粗细可以不计，可以看成一束光线，这时物体上的一点发出的无数光线中只有比较集中的一部分光线穿过小孔，由于小孔很小，光线比较集中，可以看做一束光线，在地面上形成一个与之对应的的像点，这样，发光物体上的每一点都有一个对应的像点，这些像点组成发光物体的完整清晰的像，由此可见，小孔所成像的形状与小孔的形状无关五、探究大孔能不能成像当小孔变大时，如图2所示，大孔可以分成几个小孔，蜡烛经过其中的一个小孔成一个像，有几个小孔就会在光屏上形成几个像，由于小孔的位置不同，像的位置也不同，错位叠加，形成轮廓模糊的光斑。
由此可见，不是大孔不能成像，而是大孔形成很多像，这些像相互叠加，不完全重合，轮廓变得模糊不清，形成更大的光斑图 1图 2六、实验结论分析经过多次实验，我们可以发现小孔成像的规律：1、小孔成像是倒立的实像，当像距大于物距时，成放大的像；当像距等于物距时，成等大的像；当像距小于物距时，成缩小的像2、孔过大，孔径在6mm以上时基本不能成像；3、孔太小，经过的光束越细，成的像可见度太低，甚至看不清楚；若孔小到光发生衍射现象，而不是直线传播，屏上便呈现不出像4、在实验中发现，用不同大小的烛焰效果不相同，说明烛焰大小与孔的大小有一定比例关系，即小孔直径最大不能超过物体的十分之一时，可以成像；小孔直径为物体的1/20时，成像较清晰由此可见小孔成像的“小”是相对的，没有一定的尺寸限制，也不受形状的限制，但受物理条件限制“发光体上发出的光沿直线经孔到达光屏上，在确定位置形成像点，且像点无明显重叠”多个孔网组成的孔也能够成像，成像性质同一个孔一样，但并不完全相同就孔网中每一个孔而言，成像是相同的，每一个孔成像是相同的，每个小孔成倒立的实像，但是由于孔网位置不同，根据几何知识，成像观察到的效果不同经过以上探究实验与论证，我们对于小孔成像原理有了一个充分的认识。