『壹』 物理的小孔成像啥意思啊
小孔成像是光直線傳播的有力證據,也是大家熟知的光學現象,但是具體到小孔成像的某些理論,人們又感到存在著一些問題。為此,我歸納了三個問題並作一分析。
一、小孔成像的機制是什麼?
一個物體可看作是由無數個物點組成的,每一個物點即一個發光點。理想情況下,由於光的直線傳播,各發光點發出的光線經過小孔後在光屏上形成了一個個光點。由幾何學知,發光點與落在光屏上的光點關於小孔中心一一對稱,因此通過小孔後的光點截面圖案與物體也成中心對稱。又由於光本身由物點發出,攜帶了物點的特徵,如形狀、顏色、光潔度等,因此光點亦即像點,光點截面圖案亦即物體的像。再利用像在光屏上的漫反射,我們就看到了小孔成的像,這就是小孔成像的機制。
實際上,由於小孔有一定的幾何尺寸,並非幾何點,所以物點發出的光線經過小孔後就形成了擴散的光束,落在光屏上就變成了光斑(像斑)而不是光點。光斑間發生相互重疊,就產生了像的失真。孔越大,光斑越大,光斑間重疊越明顯,像失真越嚴重。因此,物點經小孔後成的像總存在著失真,而且失真度主要取決於小孔的相對孔徑的大小。
二、小孔成像的條件是什麼?
概括地說,小孔或清晰的像要具備3個條件。第一,小孔的線度要遠大於光的波長,人們早先在使用針孔照相機時發現,當小孔很小時,像變得模糊不清。後來人們研究發現,這是由於光出現了衍射的緣故,當小孔的線度小到與光的波長可比擬時,通過小孔的光將不再直進,而是要發生衍射,這時的光學現象顯然已經超出了小孔成像的范圍。第二,小孔的線度要遠小於物體的幾何尺寸。當小孔太大時,光班重疊變得非常明顯,像已經變得完全失真,這時在光屏上呈現的是小孔周圍擋光部分的影子。這里我們應該注意到,在小孔能夠保證光的直進性的前提下,也並不是孔越小越好,孔太小會使通過小孔的光線太弱,因而成的像太暗,使我們無法看清像。第三,小孔成像要有光屏存在,只有利用像斑在光屏上的漫反射,我們才能看到物體成的像。
三、「小孔成像」中的「像」是像嗎?
《辭海》定義:「像是從物體發出的光線經過光具組(透鏡、鏡、棱鏡或它們的組合)後形成的與原物相似的圖景。由光線實際會聚而成的像稱為『實像』,由虛光線(即光線在其相反方向上的延長線)會聚而成的像稱為『虛像』」。據此有人認為,小孔成像中的「像」並不是由光線實際會聚而成(通過小孔後的光線是發散的),所以不能把它說成是實像,也不可能是虛像,虛像無法用屏幕承接。有人還進一步引深說,如果小孔確實成的是像,那麼還應該能夠實現二次成像(即在小孔的後面放一凸透鏡,以小孔成的「像」為物,還應該能夠成像),可是在孔屏後放置一個凸透鏡,無論怎樣調整透鏡、光屏、人眼三者的相對位置也觀察不到二次成像。因此,他們認為把這一光學現象稱為「小孔成像」是不確切的,確切地說應是「小孔成影」。那麼真是「小孔成影」嗎?
我們再來看一下《辭海》對影的定義:影是光在傳播過程中遇到不透明物體時,在其後方形成的全暗(光線完全不能照到)或半暗(只有部分光線照得到)區域,其中全暗區域稱為全影,半暗區域稱為半影。比較像和影的概念可知:(1)小孔成像不是光線遇到了不透明物體的情況,而是光線通過小孔時出現的光學現象。(2)影只是大致反映遮光體的輪廓,或全暗、或半暗;而像則是全面反映發光體的表象情況,如起伏性、顏色、光潔度等,二者反映事物的程度有著明顯的差別。小孔成像是全面反映事物的光學現象,比如對人成像,不僅能反映人的某個詳細部位,如眼睛、鼻子等,還能再現人的面部表情,這一點影是做不到的。因此,把小孔成像說成是「小孔成影」是不正確的。當然,如果一定要說小孔成影,那也只能是在小孔不太小的情況下,由於小孔周圍部分擋光而對這一擋光部分形成的影子,此時發光體的像實際上已經不存在。
進一步分析可知,小孔不僅成的是「像」,而且是「實像」。母國光先生等所編的《光學》一書中這樣定義像:「自物點發出的單心光束,經光學系統後,若仍保持為單心光束,則這個經過系統後的光束的心稱為光學系統對該物點成的像點。」實際上,除平面鏡的反射能嚴格保持光束的單心性以外,其他光學元件由於都是近軸成像,所以都不能保持光束的單心性,只不過人們可以根據要求,將幾種光學元件加以組合,以將像差減小到合理范圍。因此,實際的像與定義中的像(即理想的像)總是有一定差異。當自物點發出的單心光束經光學系統後,其單心性得不到保證時,該單心光束所攜帶的物點信息就不能在一點完整地反映出來,對應一個物點的就不再是一個像點,而是一個彌散性像斑。小孔成像實際上就是這種情況。物點發出的光束經小孔後成為發散的光束,雖然不能會聚,但由於小孔很小,物點與小孔間距離較大,小孔與光屏間距離很小,通過小孔的光線也就很細,落在光屏上的光斑也就很小。又由於這很細的光束攜帶了物點的信息,故這很小的光斑無疑即像斑。實踐表明,物體經小孔成的像,不僅可以用像屏來承接,也可使照相底片感光,故早期人們利用此原理製成針孔照相機。因此,我們說小孔能夠成像,而且能夠成實像。
『貳』 小孔成像是光的反射嗎
不是。既不是折射也不是反射,而是屬於光的直線傳播。小孔成像即用一個帶有小孔的板遮擋在牆體與物之間,牆體上就會形成物的倒影,前後移動中間的板,牆體上的像的大小也會隨之發生變化,說明了光沿直線傳播的性質。
小孔成像是一種因為光沿直線傳播而形成的一種物理學現象。通過這一現象,可以證明光在同種均勻介質中沿直線傳播。
小孔成像,大約兩千四五百年以前,我國的學者—-墨翟(墨子)和他的學生,做了世界上第一個小孔成倒像的實驗,解釋了小孔成倒像的原因,指出了光的直線進行的性質。這是對光直線傳播的第一次科學解釋。
用一個帶有小孔的板遮擋在牆體與物之間,牆體上就會形成物的倒影,我們把這樣的現象叫小孔成像。前後移動中間的板,牆體上像的大小也會隨之發生變化,這種現象說明了光沿直線傳播的性質。
1、在物距和像距(即暗箱的長度)一定時,跟物體自身的大小有關:物體越大像越大;
2、在物體自身的大小、和光屏(暗箱的長度)一定時,跟物距有關:物距越大像越大;
3、在物距和物體的大小一定時,跟光屏(暗箱)的遠近有關:光屏越遠像越大。