大視野的小孔成像綜合演示器

林飛

關鍵詞：小孔成像;小孔形狀; 距離;大型;可視度大

小孔成像實驗是光的直線傳播最典型的演示實驗。 “小孔所成的像的形狀與小孔形狀是否有關系？”，這個問題一直是學生難以理解的教學難點。在“影子的形成”現象的觀察中，學生發現“影子的形狀就是物體的形狀的投影，與物體的形狀有著密切的關系”，學生的思維習慣和定勢思維造成了一種很自然的想法：“蠟燭火焰既然是通過小孔在光屏上形成的像，小孔擔當著重要的角色，所成的像的形狀肯定與孔的形狀有關”，這就形成了光的直線傳播的教學難點，靠初中學生的知識水平和思維能力是難以突破的，只有通過直觀的演示實驗來加以驗證，用感性認識來幫助理解。

為了突破這個教學難點，本演示器巧妙地增加了可以改變小孔形狀的活動拉片，讓燭焰同時通過三個不同形狀的小孔在光屏上同時形成三個完全一樣的燭焰的倒立的像，可有力地驗證了“小孔成像的形狀只與燭焰形狀有關，與小孔的形狀無關”的結論。具體裝置和制作方法、操作方法如下。

1 ?作品裝置圖（圖1）

2 ?制作材料

大包裝盒（內噴黑漆）（300mm×350mm×400mm） 、小包裝盒（220mm×200mm×100mm）、塑料撲克盒（100mm×60mm×15mm）、長方形塑料片（250mm×56mm）、半透明塑料薄膜（220mm×200mm）、大電線槽（40mm×20mm×350mm）、小電線槽（20mm×10mm×350mm）、活動夾、圓柱體木棍（直徑20mm、長度100mm）。

3 ?制作方法

（1）取塑料撲克盒（100mm×60mm×15mm）一個，中央挖一個長方形孔（40mm×15mm），兩側面各鋸出一個長槽（60mm×3mm）（圖2）。

（2）取長方形塑料拉片（250mm×56mm）一塊，在其中各挖一個大圓形孔、一個小圓形孔和三個多形孔（三角形、圓形孔、方形孔）（圖3）。

（3）把撲克盒裝在挖好長方形大孔（100mm×60mm）的大盒前部，塑料片穿插過撲克盒兩端的槽。大盒內頂部裝兩個底部挖長槽（30mm×5mm）的大電線槽作為滑槽，內各裝一小段小電線槽（20mm×10mm×100mm）當滑塊。大盒底部裝一個大電線槽當滑槽，裝一個小電線槽在大電線槽內當伸縮桿，伸縮桿末端裝一個活動夾，用來固定蠟燭（臺）（圖1）。

（4）取小包裝盒（220mm×200mm×100mm），挖去底部一部分，蒙上半透明保鮮膜（220mm×200mm），做光屏用（圖4），并用細銅絲懸掛于頂部滑塊上，組成完整的作品（圖1），實物照片如圖5（a）所示。

4 ?使用方法

（1）把蠟燭（臺）裝在作品前活動夾上。

（2）點燃蠟燭，拉動塑料拉片，使大孔處于正中央，調節蠟焰高度，觀察到火焰通過大孔在光屏上只得到一個不清晰的光斑，說明孔太大成不了清晰的像。

（3）使小孔處于正中央，在光屏上可以觀察到一個清晰倒立的像，如圖5（b）。調節燭焰到孔的距離和光屏到孔的距離，觀察成像大小的變化，說明像的大小與距離有關。

（4）使三個不同形狀小孔處于正央，在光屏上觀察到三個形狀一樣的倒立的像，如圖5（c），說明小孔成像的形狀與孔的形狀無關。

（5）手提教具，讓全班不同位置的同學觀察現象。

5 ?作品創新點

作品體積大，由于大盒內表面涂噴黑漆，創造一個全黑的內部環境，即使在較亮的教室環境下，通過適當調整角度，仍能保證學生從不同角度觀察現象，可視度大，并可移動，供全班同學觀察，實現了大視野觀察的目的。在直觀顯示“小孔成像形狀與小孔形狀無關”的同時，還可通過調節燭臺拉桿的長度和調節光屏到小孔的距離，研究成像大小與距離的關系，達到綜合研究的目的，是老師課堂演示的好教具。