小孔成“多”像——简易多像小孔成像仪的制作

◎重庆市双福育才中学校 李建 李鸿 重庆市四十七中学 晏敏

小孔成像是一种生活中常见的光现象，树荫下圆形的光斑正是太阳通过树叶间的缝隙所成的像。如果恰好遇上日食，树荫下圆形的光斑就会变成“月牙形”（如图1）。仔细观察这些光斑，发现不止一个，原来小孔成像还可以成多个像呢！能否自己做一个简易多像小孔成像仪器呢？

制作材料

纸杯、半透膜（保鲜袋膜）、橡皮筋、牙签、蜡烛、火柴等。

制作过程

1.取3个纸杯，在纸杯底部用牙签依次扎1个、3个、5个大小相同的小孔。注意小孔的直径不能太大，如图2。

图2 扎好孔的纸杯

2.用橡皮筋将半透膜平整地覆盖在杯口处，如图3。

图3 覆膜后的纸杯

3.用火柴点燃蜡烛，将小孔正对蜡烛火焰。调整小孔与蜡烛火焰间的距离，直至在半透膜上找到一个倒立、清晰的像。如图4，依次用3个多像小孔成像仪观察蜡烛火焰的像，可分别看到1个、3个和5个像！

图4 小孔成“多”像

实验原理

如图5，小孔成像是由于光在同种均匀介质中沿直线传播形成的。当有多个小孔时，在光屏上就会出现多个物体的像。树荫下之所以有多个圆形光斑，就是因为太阳光通过树叶间多个较小的缝隙形成的太阳的多个像。

图5 小孔成像原理图

科技知识窗

从小孔成像仪到针孔照相机

大约两千四五百年前，我国学者墨翟（墨子）和他的学生做了世界上第一个小孔成像的实验。北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中也记录了一个有关小孔成像的现象：在纸窗上开一小孔，使窗外飞鸢的影子呈现在室内的纸屏上，结果观察到“鸢东则影西，鸢西则影东”的现象。

随着人们对小孔成像现象的逐步认识与分析以及科技的逐步发展，人类制作出了第一台针孔照相机，为后续照相机的发展奠定了基础。