太陽小孔成像實驗探究

1、太陽小孔成像實驗探究 唐志浩 物理教學(xué)探討 20062006- -1 1- -8 8 這個研究課題源自于一道習(xí)題 : : 使太陽光垂直地照射在一塊遮光板上，板上有可 以自由收縮的正方形孔， 孔的后面放置一個光屏。 在正方形孔逐漸變小直至閉合 的過程中，在屏上先后看到：A A、圓形光斑，B B、明暗相間的彩色回環(huán)，C C、變暗消 失，D D 正方形光斑,E,E、正方形光斑由大變小。其先后出現(xiàn)的現(xiàn)象依次排列為 DEABCDEABC。 不少學(xué)生對于天方形孔逐漸變小的過程中，光斑由正方形變?yōu)閳A形的現(xiàn) 象，百思不得其解，我就詳細作了解釋 ： 由于光的波長很短，因此當孔較大時， 不會使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象

2、， 此時光可看作直線傳播， 在屏上得到孔的影。 當 孔繼續(xù)減小時，仍不能使光發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，但可以在屏上成一太陽的像。 孔繼續(xù)減小時，光開始發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象，出現(xiàn)明暗相間的彩色條紋。最后， 孔繼續(xù)減小直至閉合， 由于進光量的減少而使衍射條紋變暗消失。 因為太陽是圓 的，因此它通過小孔成的像也是圓的，與小孔的形狀無關(guān)，見圖 1 1。 為了進一步把以上問題探究清楚，我指導(dǎo)學(xué)生進一步作了以下實驗。 實驗過程如下 ： 1 1、 取一張厚白紙 （如復(fù)印紙 ），在上面依次開 6 6 個方孔（圖 2 2），然后粘在一木框 上作為遮光板。 2 2、 取一木板，在上面粘一張白紙作為光屏。 3 3、 將遮光

3、板垂直對準太陽，在光屏上得到光斑。逐漸增大光屏和遮光板距離， 記錄太陽通過各正方形孔在不同距離上的亮斑情況 （表 1 1） 分析與結(jié)論 ： 1 1、正方形亮斑明亮，亮度均勻，邊緣清晰。而小孔成像時的圓斑暗淡，亮度均 勻，邊緣比較清晰。當正方形亮斑向圓斑過渡的過程中，中間較亮，邊緣較暗， 沒有明確的邊界，不能確定是方的還是圓的。11窓陽通過各正方形孔在不同壓離上影成的亮斑蒲況 売Jtc (諾 D.06 0,32 O.7B F 1-44 4.劑 r仏2 BT n 1).4 方 邊艸糊 a * 圓 * 方 邊OK B 圓 L0 方 方 . 1- IB 方 邊糊N 2 方 方 邊燒摸醐邊聲段禪邊躱橈卷

4、 LJKSFKM bb孔的邊民 2 2、 大孔和小孔并沒有尺寸上明確的區(qū)別。當所成亮斑為圓形時，便可認為該孔 是小孔，發(fā)生了小孔成像現(xiàn)象。一個所謂的大孔，只要屏與孔的距離足夠大，能 出現(xiàn)小孔成像現(xiàn)象，就可稱之為“小孔”。這樣的理想化“小孔”，類似于質(zhì)點、 點電荷的含意。 3 3、 換用三角形孔或其他形狀孔重復(fù)上述實驗，都可發(fā)現(xiàn)小孔成像時的像與小孔 形狀無關(guān)，而取決于太陽（或其他物體）自身的形狀。這和平面鏡成像、透鏡成像 的情況是一樣的。 4 4、 在相同距離上，不同大小的孔所成的像大小基本相同，但亮度不同。孔大時， 透過的光多，亮度也大。 5 5、 測得 L L=4.3m4.3m 處，圓斑的直徑約為 4.0cm4.0cm，由此可估算太陽的半徑。已知太 陽到地球的距離約為 1.5 1.5 x l0ml0m。 根據(jù)三角形相似比 g 二 LQ11 U ?Em enen七厲耳訂屮扎d d爛審鷹也 IM* V * ) )it* 2,0 X1022 = 4.V R a = 6+ 9 x 10 我在專業(yè)網(wǎng)站查到太陽的半徑值為 6. 962656. 96265X m m 可見實驗還是比較準確的。 之后，我并沒有把實驗結(jié)論直接告訴學(xué)生， 而是把這個