小孔成像,如果一个物体的顶端的光线通过小孔的上端,物体底端的光线经过小孔的下端,光屏如果离小孔很近
人眼通过小孔看到的为何是正立的像? 展开
小孔成像,大约两千四五百年以前,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,指出了光的直线进行的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。
用一个带有小孔的板遮挡在光屏与物体之间,光屏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。
把一支削得尖且细的铅笔,在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔圆圈。
小孔的直径约三毫米,设法把它直立在桌子上,然后拉上窗帘,使室内的光线变暗。
点上一支蜡烛,放在靠近小孔的地方。拿一个光屏,把它放在小孔的另一面。这样,你就会在光屏上看到一个倒立的烛焰的像。因为这种像是通过小孔的光实际会聚而成的,所以我们称它是蜡烛的实像。前后移动光屏,瞧瞧烛焰的像有什么变化。当白纸离蜡烛比较近的时候,像小而明亮;当光屏慢慢远离蜡烛的时候,像慢慢变大,亮度变暗。
改变小孔的大小,我们再来观察蜡烛的像有哪些变化。
你可以在硬纸片上,扎几个大小不等、形状不同的孔,孔和孔之间相距几厘米。这时候在白纸上,就出现了好几个和小孔相对应的实像。它们的大小都一样,但是清晰程度不同,孔越大,实像越不清晰。孔只要够小,它的形状不论是方的、圆的、扁圆的,对像的清晰程度和像的形状都没有影响。
光在同种均匀物质中沿直线传播。
物距越近,像越大且亮度越暗;物距越远,像越小且亮度越亮。
这个实验至少向我们提出了三个问题:小孔成的像为什么是倒立的?像的大小和哪些因素有关?像的清
晰程度和哪些因素有关?
为了说明这些问题,我们把蜡烛的火焰看成是由许多小发光点组成的,每个发光点都向四面八方发射着光。总会有一小束光,笔直地穿过小孔,在光屏上形成一个实像点。烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的实像点,全部实像点在光屏上就组成了一个烛焰的实像。
从图中可以看出,烛焰上部发的光沿直线通过小孔,照在光屏的下部;烛焰下部发出的光,通过小孔,照在光屏的上部,所以在白纸上形成一个倒立的实像。这正好说明了光是直线传播的。
当孔比较小的时候,物的不同部分发出的光线会到达光屏的不同的部分,而不会在光屏上相互重叠,所以屏幕上的像就会比较清晰。由于孔比较小,物的A处发出的光线就不会到达屏幕的C处,只有物的B处发出的光线才会到达屏幕的C处,屏幕上的C处的光线只来自物的B处,所以C处的像就会比较清晰。
当孔比较大的时候,物的不同部分发出的光线会在屏幕上重叠,屏幕上的像自然也就不清晰了。如果孔相当大,那么物的A处发出的光线会到达屏幕的C处,而且B处的光线也会到达屏幕的C处,这样光线就会发生重叠,光信息就会发生混乱,也就无法成像。我们在面对物的一个光屏上之所以看不到像,不是因为光屏没有来自于物的光线,而是因为来自于物的不同部分的光线在白纸上重叠了。
当然孔的大小是相对于物的大小来说的,如物很大,那么就是孔也比较大,也还是可以成像的。如果我们要成太阳的像,那么就是用足球场那么大的孔也可以,只是孔越小,成的像的分辨率越高。不过,如果孔太小,通过的光线就会少,像的亮度也会降低。而且孔太小还会发生衍射等反应,这也会对成像有影响。
所以,比孔小的物体或物体上的比孔小的部分是无法被成像的。
如右图所示,红线或蓝线都代表着来自被成像物的光线。这些光线在屏幕上形成光点a和光点b。a点只会接收cd这个范围内来的光线,而且其强度是这个范围内的光线强度的平均(因为cd这个范围内的任意一点的光线都会到达a);b点只会接收ef这个范围内来的光线,而且其强度是这个范围内的光线强度的平均(因为ef这个范围内的任意一点的光线都会到达b)。所以,大孔是用cd这么大的区域来“扫描”物体以成像的,小孔是用ef这么大的区域来“扫描”物物体以成像的。由于cd要远大于ef,所以小孔成像的分辨率会比较低。显然,如果孔的大小不变,像距(像到小孔的距离)不变而物距增加,那么成像的分辨率就会下降,相反则分辨率上升。如果孔的大小不变,物距不变而像距增加,那么成像分辨率也会上升,相反则分辨率下降。如果像距与物距不变,孔的大小增加,那么成像的分辨率就会下降,相反则分辨率上升。即小孔成像的分辨率——像的清晰度——与像距成正比,与物距及孔的大小成反比。所以,当屏幕距离小孔十分近的时候,我们看到的是一个光斑,就是因为分辨率太低的结果。
当眼睛离小孔足够近,或者孔足够大,眼睛能直接通过小孔看见真正的物体,而不是正立的像。
希望我能帮助你解疑释惑。
就是光屏离小孔一毫米或者更近的情况下,在光屏上应该是正立的
就是光屏离小孔一毫米或者更近的情况下,光线在经过小孔后,在相交之前就落在光屏上了,所以在光屏上应该是正立的
就是光屏离小孔一毫米或者更近的情况下,光线在经过小孔后,在相交之前就落在光屏上了,所以在光屏上应该是正立的。