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介绍照相机
照相机的工作原理，概略地说是应用光学成像原理，通过照相镜头将被摄物体
成像在感光材料上。
下面将粗略地介绍摄影光学成像原理：
人类对于光的本性的认识，
光线
的传播及透镜成像原理。
人类对于光的本性的认识经历了漫长而又曲折的过程。
在整个
18
世纪中，
光的微粒流理论在光学中仍占优势，
人们普遍认为光是微小的粒子组成的，
从点光
源发出并以直线向四面八方辐射。
19
世纪初，以杨氏（
Young
）和菲涅耳（
Fresnel
）的著
作为代表逐步发展成今天的波动光学体系。
如今对光的本性认识是：
光和实物一样，
是物质
的一种，它同时具有波的性质和微粒（量子）的性质，但从整体来说，它既不是波，也不是
微粒，也不是它们的混合物。
从本质上，讲光和一般无线电波并无区别，光和电磁波一样
是横波，
即波的振动方向与传播方向垂直。
一个发光体就是电磁波的发射源，
发光体发射的
电磁波向周围空间传播，
和水波波动产生的波浪向四周传播相似。
强度最大或最小的两点距
离称为波长，用
λ
表示。传播一个波长所需的时间称为周期，用
T
表示，一个周期就是一
个质点完成一次振动所需要的时间。
1
秒内振动的次数称为频率，用
ν
表示。经过
1s
振动
传播的距离称为速度，
用
“v”
表示。
波长、
频率、
周期和速度之间有如下关系：
v=λ/T
，
ν=1/T
，
v=λν
由此可见，光的波长与频率成反比。实际上光波只占整个电磁波波段的很小一部分。
波长在
400
～
700nm
的电磁波能够为人眼所感觉，称为可见光，超过这个范围人眼就感觉
不到了。
不同波长的可见光在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉，
按照波长由长到短，
光的
颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。不同波长的电磁波在真空中具有完全相同的
传播速度，数值是
c=300,000km/s
。
下面叙述几何光学的几个基本定律
——
光线的传播规
律：
(1)
光的直线传播定律
光在均匀介质中，是沿着直线传播的，即在均匀介质中光线为
一直线。
光的直线传播现象在日常生活中随时随地可以见到，
如物体被光照射而成影，
小孔
成像等。光的直线传播引出了光线这个概念。
(2)
光的独立传播定律
光的传播是独立的，
当不同光线从不同方向通过介质某一点时，
彼此互不影响。
当两支光线会聚于空间某一点时，
它的作用为简单的叠加。
光线的这一性质，
使被拍摄物体各点的光互不影响地进入照相镜头，
在成像面上成像。
(3)
光的反射定律
当光传播到两种不同介质的分界面时，就会改变传播
方向，发生光的反射。光的反射定律指出：
①入射光线、反射光线和分界面上光投射点的
法线在同一平面内，人射光线与反射光线分别位于法线的两侧。
②人射角和反射角相等。
入射光线与法线
N
的夹角记为入射角，用
i
表示；反射光线与法线
N
的夹角记为反射角，
用
α
表示。则有
i=α
。光的反射现象还具有可逆性，假如光线逆着原来反射光线方向入射到
界面上，
那么它将逆着原来入射光线的方向反射出去。
随着界面的不同，
反射又可分为定向
反射和漫反射。从一个方向入射到光亮、平整的镜子上的光线，入射点都落到同一平面上，
其反射都向着同一方向，
则称为定向反射。
当光从一个方向投射到粗糙表面上时
（如毛玻璃
面等）
，由于粗糙面可以看成由许多角度不同的小平面组成，光线便从各个不同的方向反射
出去，称为漫反射。但需注意在漫反射现象中，就每一条光线而言都还是遵循反射定律的。
光的反射，
在照相术中起着相当重要的作用。
例如人本身并不发光，
但当光线从各个角度照
射到人身上后，
光线便可从各个角度有所反射。
我们常利用反射光进行拍照，
就是遵循光的
反射定律。
3.
物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略，在比萨
大教堂做礼拜时，悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣，后来反复观察，
反复研究，发明了摆的等时性；勇于实践的美国物理学家富兰克林，为认清
“
天神发怒
”
的本
质，在一个电闪雷鸣、风雨交加的日子，冒着生命危险，利用司空见惯的风筝将
“
上帝之火
”
请下凡，由此发明了避雷针；敢于创新的英国科学家亨利
•
阿察尔去邮局办事。当时身旁有
位外地人拿出一大版新邮票，准备裁下一枚贴在信封上，
苦于没有小刀。找阿察尔借，
阿察
尔也没有。
这位外地人灵机一动，
取下西服领带上的别针，
在邮票的四周整整齐齐地刺了一
圈小孔，然后，很利落地撕下邮票。外地人走了，却给阿察尔留下了一串深深的思考，并由
此发明了邮票打孔机，
有齿纹的邮票也随之诞生了；
古希腊阿基米德发现阿基米德原理；
德
国物理学家伦琴发现
X
射线；
……
研究身边的琐事并有大成就的物理学家的事例不胜枚举。
物理学也存在于同学们身边。
学了测量的初步知识，
同学们纷纷做起了软尺。
有位同学别出
心裁，
用透明胶把制好的牛皮纸软尺包扎好，
这样更牢固。然后，
用大大卷泡泡糖的包装盒
作为软尺的外壳，
在盒的中心利用铁丝做一摇柄中心轴，
软尺的末端固定在轴上，
这样一个
可以收拾并反复使用的卷尺诞生了。
同时，
这位同学受软尺自作的启示，
用实验解决了一道
习题：
用软尺测量物体长度时，
若把软尺拉长些，
测量值是偏大还是偏小？他做了这样一个
模拟实验：在白纸上画一条直线，标上刻度，然后用透明胶粘贴，再扯下来，便做成了
“
软
尺
”
，用
“
软尺
”
不仅找到了上题的答案，而且还清楚地看到分度值变大了，知其然，
并知其所
以然；学了电学的有关知识后，同学们对蚯蚓能承受的最大电压进行了探究：当给它加上
1.5V
的电压时，
蚯蚓迅速分泌粘液，且奋力挣扎，
从瓶内跳出瓶外。
当给它加上
3V
的电压
时，蚯蚓被电为两截；有同学在测量
“2.4V
、
0.5A”
的小灯泡的功率，并研究其发光情况时，
不满足于给灯泡加上
2.4V
的电压，而是用自己早已准备好的小灯泡做破坏性实验，不断加
大灯泡两端的电压，直至电压高达
9V
、灯泡灯丝烧断，才停止探究；有同学在学习蒸发的
知识时，
不厌其烦地座在桌旁观察相同的两滴水
（其中一滴水滩开）
，
进行聚精会神地观察，
然后进行分析、
对比，
得出影响蒸发的因素；
……
同学们捕捉身边的琐事进行探究的事例屡
见不鲜。
照相机的工作原理，概略地说是应用光学成像原理，通过照相镜头将被摄物体
成像在感光材料上。
下面将粗略地介绍摄影光学成像原理：
人类对于光的本性的认识，
光线
的传播及透镜成像原理。
人类对于光的本性的认识经历了漫长而又曲折的过程。
在整个
18
世纪中，
光的微粒流理论在光学中仍占优势，
人们普遍认为光是微小的粒子组成的，
从点光
源发出并以直线向四面八方辐射。
19
世纪初，以杨氏（
Young
）和菲涅耳（
Fresnel
）的著
作为代表逐步发展成今天的波动光学体系。
如今对光的本性认识是：
光和实物一样，
是物质
的一种，它同时具有波的性质和微粒（量子）的性质，但从整体来说，它既不是波，也不是
微粒，也不是它们的混合物。
从本质上，讲光和一般无线电波并无区别，光和电磁波一样
是横波，
即波的振动方向与传播方向垂直。
一个发光体就是电磁波的发射源，
发光体发射的
电磁波向周围空间传播，
和水波波动产生的波浪向四周传播相似。
强度最大或最小的两点距
离称为波长，用
λ
表示。传播一个波长所需的时间称为周期，用
T
表示，一个周期就是一
个质点完成一次振动所需要的时间。
1
秒内振动的次数称为频率，用
ν
表示。经过
1s
振动
传播的距离称为速度，
用
“v”
表示。
波长、
频率、
周期和速度之间有如下关系：
v=λ/T
，
ν=1/T
，
v=λν
由此可见，光的波长与频率成反比。实际上光波只占整个电磁波波段的很小一部分。
波长在
400
～
700nm
的电磁波能够为人眼所感觉，称为可见光，超过这个范围人眼就感觉
不到了。
不同波长的可见光在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉，
按照波长由长到短，
光的
颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。不同波长的电磁波在真空中具有完全相同的
传播速度，数值是
c=300,000km/s
。
下面叙述几何光学的几个基本定律
——
光线的传播规
律：
(1)
光的直线传播定律
光在均匀介质中，是沿着直线传播的，即在均匀介质中光线为
一直线。
光的直线传播现象在日常生活中随时随地可以见到，
如物体被光照射而成影，
小孔
成像等。光的直线传播引出了光线这个概念。
(2)
光的独立传播定律
光的传播是独立的，
当不同光线从不同方向通过介质某一点时，
彼此互不影响。
当两支光线会聚于空间某一点时，
它的作用为简单的叠加。
光线的这一性质，
使被拍摄物体各点的光互不影响地进入照相镜头，
在成像面上成像。
(3)
光的反射定律
当光传播到两种不同介质的分界面时，就会改变传播
方向，发生光的反射。光的反射定律指出：
①入射光线、反射光线和分界面上光投射点的
法线在同一平面内，人射光线与反射光线分别位于法线的两侧。
②人射角和反射角相等。
入射光线与法线
N
的夹角记为入射角，用
i
表示；反射光线与法线
N
的夹角记为反射角，
用
α
表示。则有
i=α
。光的反射现象还具有可逆性，假如光线逆着原来反射光线方向入射到
界面上，
那么它将逆着原来入射光线的方向反射出去。
随着界面的不同，
反射又可分为定向
反射和漫反射。从一个方向入射到光亮、平整的镜子上的光线，入射点都落到同一平面上，
其反射都向着同一方向，
则称为定向反射。
当光从一个方向投射到粗糙表面上时
（如毛玻璃
面等）
，由于粗糙面可以看成由许多角度不同的小平面组成，光线便从各个不同的方向反射
出去，称为漫反射。但需注意在漫反射现象中，就每一条光线而言都还是遵循反射定律的。
光的反射，
在照相术中起着相当重要的作用。
例如人本身并不发光，
但当光线从各个角度照
射到人身上后，
光线便可从各个角度有所反射。
我们常利用反射光进行拍照，
就是遵循光的
反射定律。
3.
物理学存在于物理学家的身边。勤于观察的意大利物理学家伽利略，在比萨
大教堂做礼拜时，悬挂在教堂半空中的铜吊灯的摆动引起了他极大的兴趣，后来反复观察，
反复研究，发明了摆的等时性；勇于实践的美国物理学家富兰克林，为认清
“
天神发怒
”
的本
质，在一个电闪雷鸣、风雨交加的日子，冒着生命危险，利用司空见惯的风筝将
“
上帝之火
”
请下凡，由此发明了避雷针；敢于创新的英国科学家亨利
•
阿察尔去邮局办事。当时身旁有
位外地人拿出一大版新邮票，准备裁下一枚贴在信封上，
苦于没有小刀。找阿察尔借，
阿察
尔也没有。
这位外地人灵机一动，
取下西服领带上的别针，
在邮票的四周整整齐齐地刺了一
圈小孔，然后，很利落地撕下邮票。外地人走了，却给阿察尔留下了一串深深的思考，并由
此发明了邮票打孔机，
有齿纹的邮票也随之诞生了；
古希腊阿基米德发现阿基米德原理；
德
国物理学家伦琴发现
X
射线；
……
研究身边的琐事并有大成就的物理学家的事例不胜枚举。
物理学也存在于同学们身边。
学了测量的初步知识，
同学们纷纷做起了软尺。
有位同学别出
心裁，
用透明胶把制好的牛皮纸软尺包扎好，
这样更牢固。然后，
用大大卷泡泡糖的包装盒
作为软尺的外壳，
在盒的中心利用铁丝做一摇柄中心轴，
软尺的末端固定在轴上，
这样一个
可以收拾并反复使用的卷尺诞生了。
同时，
这位同学受软尺自作的启示，
用实验解决了一道
习题：
用软尺测量物体长度时，
若把软尺拉长些，
测量值是偏大还是偏小？他做了这样一个
模拟实验：在白纸上画一条直线，标上刻度，然后用透明胶粘贴，再扯下来，便做成了
“
软
尺
”
，用
“
软尺
”
不仅找到了上题的答案，而且还清楚地看到分度值变大了，知其然，
并知其所
以然；学了电学的有关知识后，同学们对蚯蚓能承受的最大电压进行了探究：当给它加上
1.5V
的电压时，
蚯蚓迅速分泌粘液，且奋力挣扎，
从瓶内跳出瓶外。
当给它加上
3V
的电压
时，蚯蚓被电为两截；有同学在测量
“2.4V
、
0.5A”
的小灯泡的功率，并研究其发光情况时，
不满足于给灯泡加上
2.4V
的电压，而是用自己早已准备好的小灯泡做破坏性实验，不断加
大灯泡两端的电压，直至电压高达
9V
、灯泡灯丝烧断，才停止探究；有同学在学习蒸发的
知识时，
不厌其烦地座在桌旁观察相同的两滴水
（其中一滴水滩开）
，
进行聚精会神地观察，
然后进行分析、
对比，
得出影响蒸发的因素；
……
同学们捕捉身边的琐事进行探究的事例屡
见不鲜。
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