小孔成像实验改进与创新.doc

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1、小孔成像实验改进与创新　　摘要：利用身边简易的材料自制实验仪器，对小孔成像实验进行改进和创新，以增强实验的精确性、可�性和可操作性，使学生在教室光线较强的情况下也能清楚地观察小孔成像的特点，加深学生对小孔成像特点的理解，同时提高教师和学生的实验设计与创新能力。利用生活中的简易器材自制教具辅助实验教学，体现“小实验，大道理“的实验思想，发挥小实验的“物理营养”，最大限度地挖掘资源的实验功能和教育教学价值。　　关键词：小孔成像；改进与创新；自制实验教具　　中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148

2、5-0005-3　　小孔成像是光在同种均匀介质中沿直线传播的一个实例，比如太阳透过树荫在地上形成的一个个小光斑，这是大家熟知的现象。其实，中国古代科学家对小孔成像现象进行过比较深入的研究，如战国时期墨子的《墨经》一书中记载了我国古代用针孔成像的光学实验，墨子提出小孔成像的光学原理，并给予了准确的解释。[1]　　小孔成像实验是初中物理光学实验之一，不同版本教材对小孔成像实验的制作方法比较类似，一般都是采用易拉罐和半透明纸制作完成。有部分教师也引导学生用纸杯制作简易的小孔成像仪器，在纸杯底部打上小孔，然后再在纸杯口用橡皮

3、筋固定半透明纸。但这些实验器材的实验效果很不明显，实验研究的结果比较单一，不能让学生对小孔成像的特点有真正的认识。针对这种现象，笔者利用硬纸盒做一个简单的教具，克服了以往实验中实验室强光对小孔成像效果的影响，即便在开灯的情况下也能清晰地观察小孔成像的特征，而且还可以通过改变小孔的形状，进一步探究小孔成像是否与孔的形状有关。下面笔者将详细地介绍利用自制仪器观察小孔成像的过程。　　1制作教具　　准备材料　　4个长×宽×高为40cm×25cm×30cm的硬纸盒，“F”字光源，半透明纸1张，黑色胶带，透明塑料宽胶带，泡沫厚双

4、面胶，6块纽扣磁铁。　　制作硬纸箱　　将3个长×宽×高为40cm×25cm×30cm的硬纸盒两端底部打开，相互套在一起，并用透明塑料宽胶带在硬纸盒交界处缠绕并固定好，这样就组装成1个长×宽×高为70cm×25cm×30cm的长方体纸箱。然后，再在另一个硬纸盒上用裁纸刀裁取一块长×宽为31cm×32cm的硬纸板，在硬纸板两端3cm处进行弯折，用泡沫厚双面胶将硬纸板的左侧固定在硬纸箱上，然后在硬纸板右侧里面塞进3块纽扣磁铁，同时在硬纸箱对应位置装上3块纽扣磁铁，这样就制成一个带“门”且能自如闭合的硬纸箱。最后，用双面胶把

5、“F”字光源固定在“门”的中央位置。实验时将“门”关上，减少外界强光的影响。　　接着，用裁纸刀裁取1块长×宽为23.5cm×28.5cm的硬纸板，然后在硬纸板中央挖出1个长×宽为17cm×21cm的长方形孔，再用泡沫厚双面胶将半透明纸固定在长方形孔四周，便制成一个简易的光屏，用来承接小孔所成的像。　　确定小孔的位置　　用裁纸刀裁取1块长×宽为23.5cm×28.5cm的硬纸板，用铁钉在其中央位置扎一个小孔，放到长方体硬纸箱内，然后将做好的光屏放置在离硬纸箱口20cm处。这时打开“F”字光源，来回移动硬纸板，找到成像最

6、清晰的位置，用铅笔在纸箱内做好标记，以确定出成像的位置。将硬纸板取出，在硬纸板中央挖去1个长×宽为8cm×8cm的方孔，然后用黑色胶带将硬纸板固定在刚刚标记的位置。小孔成像仪器结构如图5所示。　　制作不同小孔的硬纸插板　　制作5块长×宽为16cm×32cm的硬纸插板，并用铁钉在上面分别扎上不同形状的小孔，且小孔在硬纸板的中央位置，使所成的像在光屏的中央位置，平面图如图6所示。　　2演示小孔成像实验　　将“F”字光源打开，会有部分光源穿过硬纸板的正方形孔，射向光屏。用带有“■”小孔的硬纸插板插入硬纸板插口，在光屏上可以

7、观察到“F”字光源的像，让学生观察小孔成像的特点并记录；再分别用带有“■”“■”小孔的硬纸插板插入硬纸板插口，观察实验现象并记录；再分别用带有“■”“■”小孔的硬纸插板插入硬纸板插口，观察实验现象并记录。　　3实验现象分析　　比较图7、图8和图9中“F”字经小孔所成的像可得到，小孔成的“F”字像都是倒立的实像，且成像的形状与孔的形状无关，但是组成“F”字像的光点与孔的形状有关。可以这样解释，可以把“F”字光源上每一个LED灯看成一个小发光点，每个发光点向小孔发射光，通过小孔的每一束光都会在光屏上形成一个对应孔形状的光

8、斑，所以“F”字像是由穿过不同孔形状的光斑组成。这也说明光是沿直线传播的。[2]　　若采用图6中第四个硬纸插板演示小孔成像实验，就会得到图10所示的4个“F”字像，因为“F”字光源上每一个LED灯看成一个小发光点，每个发光点同时向4个小孔发射光，穿过小孔的每一束光都会在光屏上形成一个对应形状的光斑，所以会看到4个倒立的“F”字像。　　若采用图6