自制“多功能成像儀”

作者：楊紅光

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器 2015年06期

人教版八年級(jí)物理上冊(cè)第五章第一節(jié)“光的直線傳播”的“想想做做”欄目中有一個(gè)體會(huì)小孔成像的動(dòng)手活動(dòng)，教材提供的方法雖然簡(jiǎn)便，但屏幕暴露在外，成像不太清楚。筆者對(duì)其做了改進(jìn)，即改用兩個(gè)紙筒，不但使像呈現(xiàn)在暗室，而且成像清晰，能改變像距。另外，通過(guò)更換“鏡頭”、屏幕，更能演示第五章第二節(jié)“生活中的透鏡”中的照相機(jī)和第五節(jié)“顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡”中的望遠(yuǎn)鏡、顯微鏡的成像原理，具有廢物利用、操作簡(jiǎn)便、一物多用的優(yōu)點(diǎn)。

一、儀器材料及示意圖

外筒（直徑8.3cm、長(zhǎng)度31.5cm）、內(nèi)筒（長(zhǎng)度34.0cm、內(nèi)壁涂黑、外壁有刻度顯示像距）、半透明屏幕（食品袋塑料紙）、鏡頭（外套式：10cm焦距凸透鏡、20cm焦距凸透鏡、5cm焦距凸透鏡、圓小孔、五星小孔、三角小孔；內(nèi)插式：10cm焦距凸透鏡、20cm焦距凸透鏡）、光源（手電筒F字紅光源、蠟燭）。其整體效果如圖1所示，主要組成部件如圖2所示。

二、儀器優(yōu)點(diǎn)

1.小孔成像。一是屏幕居于暗室，使成像更清晰。二是屏幕可以移動(dòng)，當(dāng)物距一定時(shí)，在距小孔不同距離的位置均可成像（像距越大像越大）。三是像距可由內(nèi)筒外壁上的刻度讀出。四是用手電筒作為光源，則紅色F字成的像更能說(shuō)明像是上下顛倒且左右互換的。五是在光源及屏幕上均畫出1的紅方格，便于比較像與物的大小。六是轉(zhuǎn)換小孔的轉(zhuǎn)換器可選擇不同孔型，以便觀察成像情況，進(jìn)而說(shuō)明小孔成的像與小孔的形狀無(wú)關(guān)。

2.換上凸透鏡，可演示照相機(jī)的原理。具體為：一是借助焦距10cm凸透鏡由遠(yuǎn)處逐漸向近處觀察，調(diào)節(jié)屏幕位置，使成像清晰，可觀察到倒立、縮小的實(shí)像，體會(huì)物近像遠(yuǎn)像變大的現(xiàn)象。二是還可換上焦距20cm的凸透鏡，當(dāng)觀察同一景物時(shí)，體會(huì)像變大則像距變大的現(xiàn)象。

3.把屏幕換成凸透鏡，演示望遠(yuǎn)鏡的原理。物鏡用焦距20cm的凸透鏡，目鏡用焦距10cm的凸透鏡，就能把遠(yuǎn)處物體的像呈現(xiàn)在近處，放大視角，則會(huì)看得清楚。此外，可使用不同鏡頭組合，比較成像情況。

4.演示顯微鏡原理。物鏡用焦距較短的5cm凸透鏡，目鏡用焦距10cm或20cm的凸透鏡，使物距在物鏡1倍、2倍焦距之間（5～10cm），調(diào)節(jié)目鏡使像呈現(xiàn)在目鏡1倍焦距內(nèi)，可兩次放大，增大視角，體驗(yàn)顯微鏡的成像特點(diǎn)。

三、制作方法

1.制作鏡筒。在直徑約8cm、長(zhǎng)約1m的塑料管（建筑房屋落水管即可）上纏兩層舊掛歷紙（便于操作內(nèi)筒插拔鏡頭時(shí)直接使用該塑料管）；再將一張舊掛歷紙裁成5cm寬的長(zhǎng)條，將其一端用透明膠布固定在塑料管的紙上，然后不重疊緊繞一層，長(zhǎng)約40cm；再將另一同規(guī)格紙條的一端涂上固體膠依上法粘貼，如此粘貼數(shù)層紙條，待厚度合適后外面再粘一整張紙（無(wú)字凈面向外），即做好內(nèi)筒。在內(nèi)筒上墊兩層紙，再仿內(nèi)筒做法做外筒。取下，裁剪兩筒，使兩端齊整，內(nèi)筒比外筒長(zhǎng)約2cm。將內(nèi)筒內(nèi)壁用墨涂黑。

2.做“鏡頭”。

（1）用于小孔成像的“鏡頭”。①主體：做半徑比外筒半徑大4～5cm的圓形紙片，以圓心為中心做與外筒等大的圓，依量角器標(biāo)準(zhǔn)每間隔15°在紙片上描點(diǎn)。作出相對(duì)兩點(diǎn)所在的直徑及與圓的交點(diǎn)。從一點(diǎn)向相對(duì)點(diǎn)的鄰點(diǎn)連線，可只畫出圓外部分（為了裁去多余的小三角），再畫出與該兩點(diǎn)關(guān)于圓心對(duì)稱的兩點(diǎn)所在的直線。如此作出一對(duì)對(duì)的平行線，剪掉兩線間的小扇形，裁成順著圓心的小條。裁出一個(gè)寬4～5cm、長(zhǎng)26cm的厚紙條，圍在外筒一端，固定成一紙環(huán)，再在小條上涂固體膠。將外筒豎立到該紙片中央，把小條粘到紙環(huán)上，用透明膠帶加固。②小孔轉(zhuǎn)換器：仿照顯微鏡的光圈，用硬紙片做一個(gè)半徑3.5cm的圓片，以圓心為中心，作半徑分別為3.2cm，2.5cm的同心圓。將該片用兩小塊透明膠帶黏到一張稍大的紙上，作出相互垂直的兩條直徑，依量角器標(biāo)準(zhǔn)以圓心為中心，每隔10°在該紙上描一圓點(diǎn)，分別連接相對(duì)的兩點(diǎn)，與兩圓相交，描出內(nèi)圓每段弧的中點(diǎn)，用直尺連接外圓上的點(diǎn)與內(nèi)圓相鄰的中點(diǎn)，再用剪刀剪開即成鋸齒狀。用針穿過(guò)小孔轉(zhuǎn)換器圓心，在“鏡頭”上向只露出鋸齒的位置扎下去，對(duì)露出齒的部位作好記號(hào)。將上述孔作為固定轉(zhuǎn)換器的中心，并從鏡頭圓心扎向轉(zhuǎn)換器，得一孔，以該孔到轉(zhuǎn)換器圓心的長(zhǎng)為半徑，以轉(zhuǎn)換器圓心為中心作圓，在該圓上且與上孔間隔90°處分別刻出五星、三角、月牙狀小孔，在各孔相對(duì)的齒上畫出各孔的形狀。在鏡頭的一側(cè)兩記號(hào)之間用刀片劃開，稍微加寬（特別是兩端）。在圓心處用較粗的錐子鉆一個(gè)大孔（以便按扣能穿過(guò)），對(duì)照交叉的直徑檢查偏不偏，再用小刀把捅出的紙削掉；同樣在鏡頭上中心、軸心鉆孔，并用按扣組合好。

（2）其他如外筒擋片、屏幕、模型照相機(jī)鏡頭的做法大致同上。將外筒擋片、圓片幾乎挖空，即可直接將其粘到外筒上；對(duì)于外罩式凸透鏡頭，要裁出比透鏡半徑小約2mm的孔，再裁出一個(gè)合適的圓環(huán)使其從里邊夾住透鏡；屏幕和內(nèi)插式鏡頭則先做好鏡座，再用一個(gè)較大的（粘上屏幕的）圓環(huán)從外面粘向鏡座或夾住透鏡。待牢固后插入內(nèi)筒，并用剪刀剪去多余部分。

3.標(biāo)示像距刻度。將內(nèi)筒放入外筒，與外筒邊對(duì)齊作一記號(hào)作為零刻度，抽出內(nèi)筒，從零刻線向屏幕方向作一母線，標(biāo)上刻度。

4.制作光源。裁出與手電筒鏡頭同樣大小的圓紙片，畫上1的紅方格，在其上刻出或打出F形小孔，將該紙片夾到手電筒鏡頭的鏡片與紅塑料片之間。

5.其鏡頭做法見(jiàn)圖3～圖7；其小孔成像鏡頭見(jiàn)圖8、圖9；其小孔轉(zhuǎn)換器見(jiàn)圖10。

作者介紹：楊紅光，河北省臨漳縣坊表中學(xué)（056600）。

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