探究小孔成像实验报告
提出问题
用易拉罐自制一个针孔照相机，在观察过程中，发现在室外观察景物时成像总不太清晰，有什么办法可增加清晰度呢。照相机半透膜上的图像会发生大小改变，这大小改变受什么因素影响，又有什么规律呢？
一：探究像的清晰度实验
思考与假设
根据生活经验，猜想不清晰可能是由于以下两种情况：
1. 环境中光线太亮，以致于看不清半透膜上的像。
2. 孔径太小，光线进入量过少，导致半透膜上的像不清晰
下面就针对这两个假设进行实验验证
实验1像的清晰程度和周围光的强度有关
设计实验：
器材：针孔照相机，光源(F型发光二极管)，黑色卡纸(遮光器)
实验步骤：
1. 为“针孔照相机”用黑色卡纸做了一个圆柱形的“遮光器”，套在针孔照相机成像的一端，以降低半透膜周围光的强度。
2. 在外界光线强，有遮光器时观察像的清晰程度
3. 在外界光线强，无遮光器时观察像的清晰程度
4. 在外界光线弱，有遮光器时观察像的清晰程度
5. 在外界光线弱，无遮光器时观察像的清晰程度
不带遮光器的针孔照相机成像
带遮光器的针孔照相机成像
进行实验：
得到以下数据：
外界光线强弱
有无遮光器
成像效果(是否清晰)
试验一
强
有
清晰
实验二
强
无
不清晰
实验三
弱
有
较清晰
实验四
弱
无
较清晰
得出结论：通过实验可以得出，成像的清晰程度与周围光线强度有关，周围环境越亮，成像越不清晰；周围环境越暗，成像越清晰。(1)
实验2
设计实验
器材：5个有不同口径小孔的小孔成像仪器，光具座，遮光器，光源
实验步骤：
1、 制作出5个有不同口径小孔的小孔成像仪器：分别裁剪5个相同尺寸的易拉罐，剪掉瓶口，并分别在瓶底钻出5个大小不同的小孔。
2、 在光具座上固定一个可发出平行光线的光源，保持光源与小孔之间的距离，用5个小孔成像仪器分别观测像的大小，并进行比较。
进行实验
1、如图所示，我们制作了5个孔径大小不一的小孔成像仪器：
d=7mm
d=5mm
d=2mm
d=1mm
d<1mm
光源
光具座
遮光器用于提高成像质量，减少误差，让本实验结果更明显。
小孔与光源的距离恒定为35cm
2、 然后布置了光具座和光源：
小孔直径小于1mm时： 小孔直径等于1mm时：
小孔直径等于2mm时： 小孔直径等于5mm时：
小孔直径等于7mm时：
整理为下表
孔径大小/cm
成像清晰度
亮度
像的大小
1号瓶
<1
很清晰
很暗
很小
2号瓶
1
比较清晰
比较暗
比较小
3号瓶
2
清晰
明亮
正常大小
4号瓶
3
模糊
比较亮
比较大
5号瓶
5
很模糊
很亮
很大
得出结论：在光源与小孔距离一定时，小孔越大，成的像越不清晰。(2)
分析和论证：小孔成像的原理是这样的：
假设当小孔足够小时，成一个这样的像：
一个较大的小孔就相当于数个较小的小孔的组合，形成的像就是几个小的像的重合，自然会不清楚：
同理，小孔越大，就相当于越多的像重合，成的像也就越模糊：
二．探究影响像大小因素实验
思考与假设
猜想影响像大小有这几个因素：
1. 孔径的大小，孔径越大，像越大
2. 相机与物体的距离，距离越长，像越小
3. 半透膜与针孔的距离，距离越长，像越大
下面就针对这三个假设因素进行实验验证
实验1 探究像大小与孔径的大小的关系
由表1易得出结论: 孔径越大，成像越大。(3)
实验2 探究像大小与机物距离之间的关系
设计实验：
器材：针孔照相机(针孔与半透膜距离为10cm)，光源(F型发光二极管，长度为3cm)，光具座，刻度尺，水平工作台
实验步骤：
1. 将光源放置在光具座左端“0”刻度线处
2. 加厚度使光源中心，针孔，半透膜中心处于同一直线上，便于观察成像
3. 将针孔照相机放在3.5cm处，观察成像，量出像的长度
4. 以后每隔10cm测量一次，并记录，做7次
注：若像不能完全显示，则先量两亮点之间的距离，同比例放大
进行试验
得到以下数据:
实验次数
距离物体远近/cm
像的大小/cm
第一次
3.5
8.5
第二次
13.5
3.2
第三次
23.5
1.3
第四次
33.5
0.7
第五次
43.5
0.6
第六次
53.5
0.5
第七次
63.5
0.3
表1
观察表1可知相机与物体的距离逐渐变长，像逐渐变小，和猜想一致
得出结论：像的大小与相机与物体的距离有关，当光源与针孔半透膜之间距离不变时，相机与物体的距离越长，像越小，反之亦然。(4)
实验误差：测量误差
实验3探究像大小与半透膜针孔距离之间的关系
设计实验：
器材：针孔照相机，比针孔照相机口径略小的纸筒，光源(F型发光二极管，长度为3cm)，光具座，刻度尺，水平工作台
实验步骤：
1. 将纸筒放入针孔照相机，在外套上半透膜
2. 将光源放置在光具座左端“0”刻度线处
3. 加厚度使光源中心，针孔，半透膜中心处于同一直线上，便于观察成像
4. 将针孔照相机放置与16cm处，观察成像，量出像的长度
5. 将纸筒向外拉出1cm，观察成像，量出像的长度，以后每拉出1cm，记录1次，共做5次
注：若像不能完全显示，则先量两亮点之间的距离，同比例放大
进行试验
得到以下数据:
实验次数
半透膜和小孔的距离/cm
像的大小/cm
第一次
28.00
5.2
第二次
29.00
5.6
第三次
30.00
5.8
第四次
31.00
5.8
第五次
32.00
5.9
表2
观察表2可知半透膜和小孔的距离逐渐变长，像逐渐变大，和猜想一致
得出结论：像的大小与半透膜和小孔的距离有关，当光源与相机物体之间距离不变时，半透膜和小孔的距离越长，像越大，反之亦然。(5)
实验误差：测量误差
进一步探究
提出问题
设光源长度为L1，像长度为L2，相机与物体的距离为L3，半透膜与针孔的距离为L4，则L1，L2，L3，L4之间存在着什么关系呢？
思考与猜想
取一组数据，实验1中第一次实验，此时L1=3cm，L2=8.5cm，L3=3.5cm，L4=10cm
此时经尝试可发现
再随意的带入几组其它数据也可得到同样的结论，如：
当L1=3cm，L2=5.2cm，L3=16cm，L4=28cm时
则作出猜想
D
O
B
A
针孔
光源(长度为L1)
半透膜上的像(长度为L2)
相机与物体的距离(长度为L3)
半透膜与针孔的距离(长度为L4)
C
论证：
图1
如图1，AB∥CD，则∠BAO=∠CDO, ∠ABO=∠DCO
又∠AOB=∠DOC
则△AOB∽△DOC
则
则
则结论(4)得证：L1,L4不变，L2×L3=L1×L4,L3与L2成反比，则L3越大，L2越小
结论(5)得证：L1，L3不变，， L2与L4成正比，则L4越大，L2越大
又可发现，若L1,L3+L4=k不变、则，则L3越大，L2越小可得结论:当光源与光源半透膜距离一定时，相机与物体的距离越大，像越小。(6)
如此只要知道L1,L2,L3,L4中任意3个数的值，就能得出第4个数的值
总结
经过以上探究实验与论证，对于针孔照相机的小孔成像原理已有了一个充分的认识。
以下两个因素会对像的清晰度造成影响：
1. 环境中的光线，光线越强，清晰度越差，反之亦然。 解决方法：加遮光器
2. 与孔径的大小有关，孔径越小，越清晰
以下三个因素会对像的大小造成影响：
1. 孔径的大小，孔径越大，像越大，反之亦然。
2. 相机与物体的距离，距离越长，像越小，反之亦然。
3. 半透膜与针孔的距离，距离越长，像越大，反之亦然。
4. 当光源与光源半透膜距离一定时，相机与物体的距离越大，像越小
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