Question

小孔成像原理

易懂

Answer 1

影、像、光斑是人们籍以说明光的直进性的重要事实。三者同出一源，经不同的控制，演化成不同的光学图景。

我们知道，光束在直进过程中若遇不透光遮蔽物，便形成影。影之可被观察，是借助于明暗对比。光斑的形成与影成一种置换对称。如图1，S为点光源。若S前方AB部分不透光，在其后因光不能到达而形成锥形暗区；若S前方仅AB为一透光的窗口，则其后将形成锥形亮区，用一足够大的光屏横截锥形区域，前者在屏上投下黑影，后者则形成光斑，有如照片、底片的颠倒黑白，影与光斑也恰好亮暗相反，两者的显现均有赖于局部与环境的明暗反差。

光束经反射或折射，只要仍保持为单心光束——发散光束或会聚光束，便可得到像。来自发光物体上各点的光束经光具作用，若成会聚光束，则会聚点即物点的实像；若经光具作用成发散光束，则光束反向延长后的交点即物点的虚像。对应于一定位置的物点，理想像的像点位置是唯一的，所有像点的集合构成发光物体的像。将屏置于会聚光束群的成像位置，可拉收到清晰的实像，像的形状取决于物体。而在光束群的其它位置，光屏上会有轮廓不明的图样，那是光斑，其形状取决于光束群的形状、边界及交叠情况。可见，从光斑到实像有一个质的突变。

现在我们来看小孔对光的控制作用。如图2，在暗室朝阳的竖直墙上开一矩形窗口，当太阳光射入窗口，相对的墙面上就出现一个矩形的亮区，形似窗口，这是我们司空见惯的情景。如若使窗口尺寸逐渐减小，墙上的亮区会随之边界模糊、失去棱角。当窗口极小而成其为方孔时，墙面上将出现一个圆形的亮块——与太阳成相似形，这便是小孔成像，与阳光透过浓荫在地面上撒下亮圆斑同出一辙。同一个太阳为什么引起形状迥异的图形呢？试设想太阳表面上一光点，从该点射到窗口的光进入暗室后，成一棱柱形光束，故在墙面上成一矩形光斑。从太阳表面各点发出的光经窗口进入暗室后，将各形成一棱柱形光束，并在墙上形成一矩形光斑。由于墙到窗口的距离与窗口尺寸的大小相比并不大，且太阳光几近平行光，这无数矩形光斑便非常靠拢地交叠重合，其结果是一个与窗口形状相似的亮斑。然而，当阳光经过小孔时，上述太阳上各点发出的光经小孔进入暗室后所成的棱柱形光束极其细小，在墙上引起极小的矩形斑点，这些小亮斑虽互有重叠，但已有足够的区分度，它们各各对应于太阳上的每一点，总体效果是勾勒出太阳的形状。可见小孔成“像”者，实质上是物体各点发出的光经小孔筛滤为极细光束后投在屏上所成小光斑的集合，其形状取决于发光的物体。借助于暗背景，我们看到了清晰的与物体形似的“光图”、其位置可以是小孔后相当一段距离范围。

根据光斑与影的对称关系，若物体发出的光部分地被遮挡后通过小孔，则借助于明暗对比，屏上将出现局部暗区，形成一种“影像”。其实，这还是小光斑的集合所勾勒出的物体发光部分的图样。

综上所述，物体各点发出的光经小孔作用，只是被改变了可以抵达光屏的光束的边界轮廓，而不具备构成像的条件——单心光束。像点唯一，物、像点等光程等，故小孔成“像”仅取其与原物相象之义，实质上是一光斑。

小孔成像证明光是直线传播的．

Answer 2

　　原理： 光在同种均匀介质中，在不受引力作用干扰的情况下沿直线传播。
　　太阳给人类以光和热，这是人类不可缺少的光源。但是由于地球的自转，形成了白昼和黑夜。每到晚上，黑暗就笼罩着大地。生活在远古的人类祖先，对黑夜是无能为力的。黑暗给人们以可怕、可恶的感觉，直到今天黑暗仍为人们用来形容邪恶。不知经历了多少个世纪，人类才发现火也能提供光和热。开始是使用天然火，以后又发明了人工摩擦取火。人工摩擦取火的发明是人类历史的一个划时代进步，它“第一次使人支配了一种自然力，从而最终把人同动物界分开”。生活在五十万年以前的北京猿人就已经懂得使用天然火，大约在几万年前人类又学会了用钻木的方法人工取火。火在长时期里一直是人们唯一可以利用的人造光源，后来人们创造了油灯、蜡烛，还是离不开火，一直到近代光源的发明才取代了火。
　　通过对光的长期观察，人们发现了沿着密林树叶间隙射到地面的光线形成射线状的光束，从小窗中进入屋里的日光也是这样。大量的观察事实，使人们认识到光是沿直线传播的。为了证明光的这一性质，大约二千四五百年前我国杰出的科学家墨翟和他的学生作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理。虽然他讲的并不是成像而是成影，但是道理是一样的。

Answer 3

原理：光沿直线传播
像：倒立的实像
像与物的大小：当物距（物与小孔的距离）等于像距（像与物的距离）时，像与物等大。当物距小于像距时，像大于物。当物距大于像距时，像小于物。

Answer 4

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光沿直线传播的性质。

Answer 5

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[1] 。这是对光沿直线传播的第一次科学解释。

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。

• 中文名

• 小孔成像

• 外文名

• Pinhole imaging

• 提出者

• 墨子

• 适用领域

• 光学

• 应用学科

• 物理

• 成像原理

• 光沿直线传播

• 成    像

• 倒立的实像

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光线直线传播的性质。

• 中文名

• 小孔成像法

• 外文名

• keyhole imaging principle

• 应用学科

• 物理

• 成像原理

• 光的直线传播

• 成    像

• 倒立的实像

• 领    域

• 光学