小孔成像原理?

小孔成像原理?

小孔成像观察日食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。
[编辑本段]演示方法
　　把一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔。孔的直径约三毫米左右。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。拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。这样，你就会在白纸上看到一个倒立的烛焰。我们称它是蜡烛的像。前后移动白纸，瞧瞧烛焰的像有什么变化。当白纸离小孔比较近的时候，像小而明亮；当白纸慢慢远离小孔的时候，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倒像。它们的大小都一样，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清楚。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
　　【实验方法】
　　1．放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏。点燃蜡烛，调整蜡烛和屏的高度，使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上。蜡烛和小孔屏的距离不宜过大。调整后，可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像。
　　2．移动蜡烛或毛玻璃屏的位置，可以看到，蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远，得到的像越大。
　　第二种：剪去易拉罐的上部，蒙上一层塑料膜，在罐底钻一个小洞。将小洞向外对着发光物体，即可在塑料膜上得到倒立的像。
[编辑本段]问题解释
　　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射着光。总会有一小束光，笔直地穿过小孔，在白纸上形成一个小光斑。烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的光斑，全部光斑在白纸上就组成了一个烛焰的像。
　　从图中可以看出，烛焰上部发的光沿直线通过小孔，照在白纸的下部；烛焰下部发出的光，通过小孔，照在白纸的上部，所以在白纸上形成一个倒立的像。这正好说明了光是直线传播的。

　　如左图所示，当孔比较小的时候，物的不同部分发出的光线也到达像的不同的部分，所以物的不同部分发出的光线不会重叠，所以像就会比较清晰，比如物的C处发出的光线就不会到达B处，所以也就不会发生物的C处发出的光线与物的A处发出的光线的重叠，所以B处的像就比较清晰；而一旦孔大到一定程度，物的不同部分发出的光线就会在像处发生重叠，像自然也就不清晰了，比如说物的C处发出的光线就会与物的A处发出的光线重叠于B处，这样B处的像就不知道是谁的像了，自然像也就不清晰了。所以板及小孔相当于一个分解器，将来自物的不同部分的光线分解了，所以也就成像了。我们在日常生活中所以在面对物的一张白纸上看不到像，不是因为白纸上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，所以我们的眼睛无法看到物的像。而一旦我们用透镜或小孔将来自物的光线投射到白纸的不同的部分，那么物的像就显现出来了。当然大小是相对的，这个孔的大小是相对于物的大小说的，如果物很大，那么就是孔比较大，也还是可以成像的。只是孔越小，成的像的分辨率越高。当然如果孔太小，那么通过的光线就会少，像也就未必有足够的亮度了。而且孔太小还会发生衍射什么的，这也会对成像有影响。
　　孔的大小是相对的其实在小孔成像中的孔的大小是于物来说的，物大则孔可以大，物小则孔必须小。如果我们要成太阳的像，那么就是用足球场那么大的孔也不是不可以的，当然这里面有一个屏幕与孔的距离的问题，如果孔的大小一定，孔与物的距离也一定，那么屏幕距离孔越远，所成的像在理论上的分辨率也就越高。当然在这样的情形下，分辨率的极限是孔的大小，也就说被成像的物上的比孔小细节也就无法分辨清楚了。如果我们用足球场那么大的孔对太阳成像，那么太阳上比足球场小的结构是不会成像出来的。
　　如果我们用Φ代表可分辨的物的最小结构，而u代表物距，v代表屏幕与小孔的距离(像距)，φ代表小孔的直径。
　　其成像的公式就是：
　　φ/Φ=(u+v)/v (1)
　　整理(1)式后可以得到：
　　Φ/φ-1=u/v (2)
　　由(2)式可以看出，
　　当u、φ一定，v趋向无限大的时候，φ/Φ趋向于1，所以只有当像距无限大的时候，像才会达到最大的分辨率。v越小，则分辨率越低，当为v接近为零的时候，像就无法成像了，这也就成了一个世俗所说光斑了。

 “射线状的光束”,-----不一定属于 小孔成像

只是由于森林里光线较暗，加上空气湿度大，太阳光透进来，成一束一束的光线

如果是小孔成像，那也是太阳的像，落到地上的光斑呈圆形，或者如果小孔正上方，有树枝或叶子的话，也可能投射出来