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文檔簡介
1、太陽小孔成像實驗探究 唐志浩 物理教學探討 20062006- -1 1- -8 8 這個研究課題源自于一道習題 : : 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,C C、變暗消 失,D D 正方形光斑,E,E、正方形光斑由大變小。其先后出現的現象依次排列為 DEABCDEABC。 不少學生對于天方形孔逐漸變小的過程中,光斑由正方形變為圓形的現 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, 不會使光發生明顯的衍射現象
2、, 此時光可看作直線傳播, 在屏上得到孔的影。 當 孔繼續減小時,仍不能使光發生明顯的衍射現象,但可以在屏上成一太陽的像。 孔繼續減小時,光開始發生明顯的衍射現象,出現明暗相間的彩色條紋。最后, 孔繼續減小直至閉合, 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,見圖 1 1。 為了進一步把以上問題探究清楚,我指導學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別。當所成亮斑為圓形時,便可認為該孔 是小孔,發生了小孔成像現象。一個所謂的大孔,只要屏與孔的距離足夠大,能 出現小孔成像現象,就可稱之為“小孔”。這樣的理想化“小孔”,類似于質點、 點電荷的含意。 3 3、 換用三角形孔或其他形狀孔重復上述實驗,都可發現小孔成像時的像與小孔 形狀無關,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 我在專業網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,我并沒有把實驗結論直接告訴學生, 而是把這個
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