【物理实验】初中物理必做实验——“小孔成像”教学素材

学术   2024-11-17 21:30   湖南  


在初中物理所有的实验里,“小孔成像”算得上是最令人印象深刻的实验之一。这也是八年级物理必做的光学实验。

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实验器材

蜡烛(或F形光源)、白纸、硬纸板




实验步骤

1. 在硬纸板中间钻一个洞,直径1~2mm;

2. 把蜡烛点燃,一只手把白纸竖直地放在蜡烛的一侧30厘米处,另一只手把硬纸板竖直放在蜡烛和白纸之间;

3. 调节硬纸板和白纸之间的举例,观察白纸上的有什么现象。

注意:蜡烛火焰、小孔和白纸药在一条直线上





实验现象

白纸上出现了一个倒立的蜡烛火焰的像


孔成像原理
光在在同种均匀介质中沿直线传播,蜡烛的火焰发出的光,原本是向四面八方传播,但总会有一小束光会笔直地穿过小孔,在后面的光屏上形成一个小光斑,而全部光斑汇集起来就组成了一个倒立的烛焰的像,这就是小孔成像的原理。


原则上,小孔越小,弥散斑的直径会越小,清晰度会越高。但小孔也不能过小,否则会影响实像的亮度。

考点总结
① 成像原理: 光沿直线传播   
② 成像特点: 倒立的实像(倒立意味着 左右、上下都颠倒)  
③ 成像规律:  
a. 孔变大时,像变亮,变模糊;  
b. 像的形状与孔的形状  无关  ;  
c. 像距不变,增大物距,像  变小  ,反之变大;  
d. 物距不变,增大像距,像  变大  ,反之变小.

荫下的圆形光斑

生活中最常见的小孔成像现象是“树荫下的光斑”。晴朗的夏天,当阳光透过密密麻麻的树叶之的空隙撒到地面上形成了大小不一的“圆形光斑”。

这其实很诡异,因为树叶间的空隙形状并不规则、各式各样,但地面上的亮斑却大多是圆形。其原因就是“小孔成像”,太阳就是光源,树叶缝隙是小孔,大地就是光屏,而“圆形光斑”实际上是太阳的“像”。因为小孔成像中“像的形状与孔的形状无关”,只与“物体形状有关”,所以球形的太阳通过小孔成的像就是“圆形”,如果发生了日偏食,地面上的光斑会变成“月牙形”。




界上第1个小孔成像实验
世界上第一个发现小孔成像现象,并成功解释其原理的是墨子。大约两千四五百年以前的,墨子和他的学生做了世界上第一个小孔成像的实验:一个没有窗户的黑屋子,墨子首先在面向太阳的墙上开了一个小孔,让一个人对着小孔站在屋外,在阳光照射下,屋内相对的墙上出现倒立的人影。

《墨子》一书中对这个现象的描述和解释如下:


   “景到,在午有端,与景长。说在端。” “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。
这几句的大致意思是说:屋子里墙面上的影子是颠倒的。它的成因是在屋外的人反射出来的光线在小孔处相交,即焦点的原理。因为光从上下直射,人的头部的光线沿着小孔向下射入屋子里,足部的光线沿着小孔向上射入,最终构成人的倒立的像。




最后来一张很经典的内涵图~





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