Question

15．學(xué)習(xí)了光學(xué)知識(shí)后，愛動(dòng)腦筋的小明想自己探究小孔成像，如圖1所示，他給兩個(gè)空罐的底部中央分別打上一個(gè)圓孔和一個(gè)方孔，再用兩片半透明的塑料膜蒙在空罐的口上．分別將孔對(duì)著燭焰和燈絲，可以看到燭焰和燈絲通過小孔所成的像．

（1）分析比較甲、乙兩圖，蠟燭在塑料膜上所成的像的形狀與小孔的形狀無（填選“有”或“無”）關(guān)．
（2）分析比較甲、丙兩圖，可以得出結(jié)論：物體在塑料膜所成的像的形狀與物體的形狀有（填選“有”或“無”）關(guān)．
（3）通過實(shí)驗(yàn)，可以看到燭焰和燈絲在塑料膜上成的都是倒立（填選“正”或“倒立”）的實(shí)像，其原理是光的直線傳播．
（4）夏天樹蔭下的圓形光斑形成的原理與之相同（填選“相同”或“不同”），這些光斑是太陽的像（選填“像”或“影子”）．
（5）楊光同學(xué)根據(jù)課本中的“試一試”用易拉罐做小孔成像下實(shí)驗(yàn)：
①請(qǐng)?jiān)趫D2中作出蠟燭AB的像A′B′；
②楊光同學(xué)發(fā)現(xiàn)蠟燭和小孔的位置固定后，像離小孔越遠(yuǎn)，像就越大，他測出了不同距離時(shí)像的高度，填在表內(nèi)：請(qǐng)你根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)在圖3坐標(biāo)中畫出h與s的關(guān)系圖象；

像的高度h/cm	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
像到小孔的距離s/cm	2.0	4.0	6.0	8.0	10.0

③從圖象中可以看出h與s的關(guān)系為：h與s成正比；
④楊光知道樹蔭下的圓形光斑就是太陽通過樹葉間的小孔在地面上成的像，他測出了光斑的直徑為7.0mm，光斑到小孔的距離為7.5m，從書上查到太陽到地球的距離為1.5×10¹¹m，由此可以估算出太陽的直徑為1.4×10⁹m．

Answer 1

分析 （1）比較甲、乙兩圖象的形狀可知，小孔成像與小孔的形狀是否有關(guān)；
（2）比較甲、丙兩圖象的形狀可知，小孔成像與物體的形狀是否有關(guān)；
（3）通過觀察像的情況可知像的性質(zhì)及；
（4）分析樹蔭下的圓形光斑形成的原因，可知與小孔成像原理是否相同；
（5）①蠟燭AB經(jīng)過小孔會(huì)成倒立的實(shí)像；
②根據(jù)光的直線傳播原理進(jìn)行作圖；
③算出表格中像的高度和像到小孔的距離的比值，可以看出比值是一個(gè)定值，由此得出像的高度和像到小孔的距離成正比；
④根據(jù)像的直徑和像到小孔的距離的比值等于物體的直徑和物體到小孔的距離的比值，列式求解．

解答 解：（1）甲、乙兩圖，小孔形狀不同，但是像的形狀相同，所以小孔成像與小孔的形狀無關(guān)；
（2）甲、丙兩圖小孔形狀相同，物體形狀不同，像的形狀也不同，所以小孔成像與物體的形狀有關(guān)；
（3）通過觀察甲、乙、丙的像可知，小孔成像是倒立實(shí)像，這是光的直線傳播造成的；
（4）樹蔭下的圓形光斑是太陽通過樹葉間的間隙形成的太陽的像，屬于小孔成像，所以成像原理相同．
（5）小孔成像是光的直線傳播現(xiàn)象，物體上部的光線通過小孔后射到了光屏的下部，物體下部的光線通過小孔后射到了光屏的上部，因此通過小孔后所成的像是倒立的像，如下圖所示：

②根據(jù)表中所示，當(dāng)像離小孔越遠(yuǎn)，像就越大，則如圖所示．

直線L就是h與s的關(guān)系圖象；
③由表格上的數(shù)據(jù)可知，像的高度隨像到小孔距離的增大而增大，求出像的高度和像到小孔距離的比值，可以發(fā)現(xiàn)比值是一個(gè)定值，所以像的高度h與像到小孔的距離S成正比；
④光斑的直徑與光斑到小孔的距離的比值是一個(gè)定值，
根據(jù)光線傳播的可逆性可知太陽直徑和太陽與小孔之間的距離的比值是一個(gè)定值，且和光斑的直徑與光斑到小孔的距離的比值相等，
所以，太陽的直徑d=$\frac{7×1{0}^{-3}m}{0.75m}$×1.5×10¹¹m=1.4×10⁹m．
故答案為：（1）無；（2）有；（3）倒立；直線傳播；（4）相同；像；（5）①見上圖；②見上圖；③h與s成正比；④1.4×10⁹．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道探究題，注意運(yùn)用控制變量的思路考慮問題，注意被控制的變量是哪個(gè)量，然后得出結(jié)論；同時(shí)要了解小孔成像的原理和特點(diǎn)．