大视野的小孔成像综合演示器

林飞

关键词：小孔成像;小孔形状; 距离;大型;可视度大

小孔成像实验是光的直线传播最典型的演示实验。 “小孔所成的像的形状与小孔形状是否有关系？”，这个问题一直是学生难以理解的教学难点。在“影子的形成”现象的观察中，学生发现“影子的形状就是物体的形状的投影，与物体的形状有着密切的关系”，学生的思维习惯和定势思维造成了一种很自然的想法：“蜡烛火焰既然是通过小孔在光屏上形成的像，小孔担当着重要的角色，所成的像的形狀肯定与孔的形状有关”，这就形成了光的直线传播的教学难点，靠初中学生的知识水平和思维能力是难以突破的，只有通过直观的演示实验来加以验证，用感性认识来帮助理解。

为了突破这个教学难点，本演示器巧妙地增加了可以改变小孔形状的活动拉片，让烛焰同时通过三个不同形状的小孔在光屏上同时形成三个完全一样的烛焰的倒立的像，可有力地验证了“小孔成像的形状只与烛焰形状有关，与小孔的形状无关”的结论。具体装置和制作方法、操作方法如下。

1  作品装置图（图1）

2  制作材料

大包装盒（内喷黑漆）（300mm×350mm×400mm） 、小包装盒（220mm×200mm×100mm）、塑料扑克盒（100mm×60mm×15mm）、长方形塑料片（250mm×56mm）、半透明塑料薄膜（220mm×200mm）、大电线槽（40mm×20mm×350mm）、小电线槽（20mm×10mm×350mm）、活动夹、圆柱体木棍（直径20mm、长度100mm）。

3  制作方法

（1）取塑料扑克盒（100mm×60mm×15mm）一个，中央挖一个长方形孔（40mm×15mm），两侧面各锯出一个长槽（60mm×3mm）（图2）。

（2）取长方形塑料拉片（250mm×56mm）一块，在其中各挖一个大圆形孔、一个小圆形孔和三个多形孔（三角形、圆形孔、方形孔）（图3）。

（3）把扑克盒装在挖好长方形大孔（100mm×60mm）的大盒前部，塑料片穿插过扑克盒两端的槽。大盒内顶部装两个底部挖长槽（30mm×5mm）的大电线槽作为滑槽，内各装一小段小电线槽（20mm×10mm×100mm）当滑块。大盒底部装一个大电线槽当滑槽，装一个小电线槽在大电线槽内当伸缩杆，伸缩杆末端装一个活动夹，用来固定蜡烛（台）（图1）。

（4）取小包装盒（220mm×200mm×100mm），挖去底部一部分，蒙上半透明保鲜膜（220mm×200mm），做光屏用（图4），并用细铜丝悬挂于顶部滑块上，组成完整的作品（图1），实物照片如图5（a）所示。

4  使用方法

（1）把蜡烛（台）装在作品前活动夹上。

（2）点燃蜡烛，拉动塑料拉片，使大孔处于正中央，调节蜡焰高度，观察到火焰通过大孔在光屏上只得到一个不清晰的光斑，说明孔太大成不了清晰的像。

（3）使小孔处于正中央，在光屏上可以观察到一个清晰倒立的像，如图5（b）。调节烛焰到孔的距离和光屏到孔的距离，观察成像大小的变化，说明像的大小与距离有关。

（4）使三个不同形状小孔处于正央，在光屏上观察到三个形状一样的倒立的像，如图5（c），说明小孔成像的形状与孔的形状无关。

（5）手提教具，让全班不同位置的同学观察现象。

5  作品创新点

作品体积大，由于大盒内表面涂喷黑漆，创造一个全黑的内部环境，即使在较亮的教室环境下，通过适当调整角度，仍能保证学生从不同角度观察现象，可视度大，并可移动，供全班同学观察，实现了大视野观察的目的。在直观显示“小孔成像形状与小孔形状无关”的同时，还可通过调节烛台拉杆的长度和调节光屏到小孔的距离，研究成像大小与距离的关系，达到综合研究的目的，是老师课堂演示的好教具。