小孔成像之迷

小孔成像之迷

方正三中 郑晓东

　　用一支削得很尖的铅笔，在一张硬纸片的中心部分扎一个小孔。孔的直径约三毫米左右。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侯，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，对像的清晰程度都没有影响。

　　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。

　　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。

　　如果你把小孔搞得太大，穿过小孔的光束就变粗。由烛焰各部分射来的光束通过较大的孔以后，会在白纸上形成一些较大的光斑。这些光斑互相交叉重合，烛焰的像就变得模糊不清了。再增大小孔的孔径，白纸上就只会出现一个模糊的大光斑。

　　两千多年以前，我国学者韩非，在他的书里记载了一个有趣的故事：有人请了一个画匠为他画一张画。三年以后，画匠告诉他：“画成了!”他一看，八尺长的木板上只涂了一层漆，什么画也没有，便大发脾气，认为画匠欺骗了他。画匠说：“请你修一座房子，房子要有一堵高大的墙，再在这堵墙对面的墙上开一扇大窗户。把木板放在窗上，太阳一出来，你在对面的墙上就可以看到一幅图画。”他半信半疑，照画匠的话去办。果然，在屋子的墙壁上出现了亭台楼阁和往来车马的图象，好象一幅绚丽多彩的风景画。尤其奇怪的是，画上的人和车还在动，不过都是倒着的!

　　大约两千四五百年以前，我国的学者—-墨翟和他的学生，作了世界上第一个小孔成倒像的实验，解释了小孔成倒像的原因，指出了光的直线进行的性质。这是对光直线传播的第一次科学解释。