小孔成像

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，屏幕上像的大小也会随之发生变化，这种现象说明了光沿直线传播的性质。

演示

把一支削得尖且细的铅笔，在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔圆圈。

小孔的直径约三毫米，设法把它直立在桌子上，然后拉上窗帘，使室内的光线变暗。

点上一支蜡烛，放在靠近小孔的地方。拿一张白纸，把它放在小孔的另一面。这样，你就会在白纸上看到一个倒立的烛焰。我们称它是蜡烛的像。前后移动白纸，瞧瞧烛焰的像有什么变化。当白纸离小孔比较近的时候，像小而明亮；当白纸慢慢远离小孔的时候，像慢慢变大，亮度变暗。

改变小孔的大小，我们再来观察蜡烛的像有哪些变化。

你可以在硬纸片上，扎几个大小不等、形状不同的孔，孔和孔之间相距几厘米。这时候在白纸上，就出现了好几个和小孔相对应的倒像。它们的大小都一样，但是清晰程度不同，孔越大，像越不清楚。孔只要够小，它的形状不论是方的、圆的、扁圆的，对像的清晰程度和像的形状都没有影响。

实验

1.放好蜡烛、小孔屏和毛玻璃屏。点燃蜡烛，调整蜡烛和屏的高度，使蜡烛的火焰、小孔和毛玻璃屏的中心大致在一条直线上。蜡烛和小孔屏的距离不宜过大。调整后，可以在毛玻璃屏上看到蜡烛火焰倒立的实像。

2.移动蜡烛或毛玻璃屏的位置，可以看到，蜡烛距小孔越近或毛玻璃屏距小孔越远，得到的像越大。

第二种：剪去易拉罐的上部，蒙上一层塑料膜，在罐底钻一个小洞。将小洞向外对着发光物体，即可在塑料膜上得到倒立的像。

实验结论

1. 光在同种均匀物质中沿直线传播。

2. 物距越远,像越小；物距越近,像越大。

问题解释

这个实验至少向我们提出了三个问题：小孔成的像为什么是倒立的？像的大小和哪些因素有关？像的清晰程度和哪些因素有关？

为了说明这些问题，我们把蜡烛的火焰看成是由许多小发光点组成的，每个发光点都向四面八方发射着光。总会有一小束光，笔直地穿过小孔，在白纸上形成一个小光斑。烛焰上的每一个发光点都会在白纸上形成一个对应的光斑，全部光斑在白纸上就组成了一个烛焰的像。

从图中可以看出，烛焰上部发的光沿直线通过小孔，照在白纸的下部；烛焰下部发出的光，通过小孔，照在白纸的上部，所以在白纸上形成一个倒立的像。这正好说明了光是直线传播的。

当孔比较小的时候，物的不同部分发出的光线会到达屏幕的不同的部分，而不会在屏幕上相互重叠，所以屏幕上的像就会比较清晰。如图所示(点击图可以放大)，由于孔比较小，物的A处发出的光线就不会到达屏幕的C处，只有物的B处发出的光线才会到达屏幕的C处，屏幕上的C处的光线只来自物的B处，所以C处的像就会比较清晰。

当孔比较大的时候，物的不同部分发出的光线会在屏幕上重叠，屏幕上的像自然也就不清晰了。如图所示(点击图可以放大)，如果孔相当大，那么物的A处发出的光线会到达屏幕的C处，而且B处的光线也会到达屏幕的C处，这样光线就会发生重叠，光信息就会发生混乱，也就无法成像。我们在面对物的一张白纸上之所以看不到像，不是因为白纸上没有来自于物的光线，而是因为来自于物的不同部分的光线在白纸上重叠了。

当然孔的大小是相对于物的大小来说的，如物很大，那么就是孔也比较大，也还是可以成像的。如果我们要成太阳的像，那么就是用足球场那么大的孔也可以，只是孔越小，成的像的分辨率越高。不过，如果孔太小，通过的光线就会少，像的亮度也会降低。而且孔太小还会发生衍射等反应，这也会对成像有影响。

所以，比孔小的物体或物体上的比孔小的部分是无法被成像的。

如右图所示，红线或蓝线都代表着来自被成像物的光线。这些光线在屏幕上形成光点a和光点b。a点只会接收cd这个范围内来的光线，而且其强度是这个范围内的光线强度的平均（因为cd这个范围内的任意一点的光线都会到达a）；b点只会接收ef这个范围内来的光线，而且其强度是这个范围内的光线强度的平均（因为ef这个范围内的任意一点的光线都会到达b）。所以，大孔是用cd这么大的区域来“扫描”物体以成像的，小孔是用ef这么大的区域来“扫描”物物体以成像的。由于cd要远大于ef，所以小孔成像的分辨率会比较低。显然，如果孔的大小不变，像距（像到小孔的距离）不变而物距增加，那么成像的分辨率就会下降，相反则分辨率上升。如果孔的大小不变，物距不变而像距增加，那么成像分辨率也会上升，相反则分辨率下降。如果像距与物距不变，孔的大小增加，那么成像的分辨率就会下降，相反则分辨率上升。即小孔成像的分辨率——像的清晰度——与像距成正比，与物距及孔的大小成反比。所以，当屏幕距离小孔十分近的时候，我们看到的是一个光斑，就是因为分辨率太低的结果。

照相机和摄影机

现在的一些照相机和摄影机就是利用了小孔成像的原理——镜头是小孔（大多数安装凸透镜以保证光线成像距离），景物通过小孔进入暗室，像被一些特殊的化学物质（如显影剂等）留在胶片上（数码相机、摄影机等则是把像通过一些感光元件存储在存储卡内）。

得到的道理

1、只要小孔足够小，无论孔的形状如何，对所成像的清晰程度和像的形状都没有太大的影响。

2、像距孔越近，所成像越小且亮；反之，越大且暗。

3、孔距蜡烛越近，所成像越大且暗；反之，越小且亮。

4、小孔成像的实验中，所成的像为倒立的实像，且像的大小、清晰程度与上面的结论有关。

（亮和暗可以分别说是清晰和模糊）