自制“多功能成像仪”

自制“多功能成像仪”

作者：杨红光

实验教学与仪器 2015年06期

人教版八年级物理上册第五章第一节“光的直线传播”的“想想做做”栏目中有一个体会小孔成像的动手活动，教材提供的方法虽然简便，但屏幕暴露在外，成像不太清楚。笔者对其做了改进，即改用两个纸筒，不但使像呈现在暗室，而且成像清晰，能改变像距。另外，通过更换“镜头”、屏幕，更能演示第五章第二节“生活中的透镜”中的照相机和第五节“显微镜和望远镜”中的望远镜、显微镜的成像原理，具有废物利用、操作简便、一物多用的优点。

一、仪器材料及示意图

外筒（直径8.3cm、长度31.5cm）、内筒（长度34.0cm、内壁涂黑、外壁有刻度显示像距）、半透明屏幕（食品袋塑料纸）、镜头（外套式：10cm焦距凸透镜、20cm焦距凸透镜、5cm焦距凸透镜、圆小孔、五星小孔、三角小孔；内插式：10cm焦距凸透镜、20cm焦距凸透镜）、光源（手电筒F字红光源、蜡烛）。其整体效果如图1所示，主要组成部件如图2所示。

二、仪器优点

1.小孔成像。一是屏幕居于暗室，使成像更清晰。二是屏幕可以移动，当物距一定时，在距小孔不同距离的位置均可成像（像距越大像越大）。三是像距可由内筒外壁上的刻度读出。四是用手电筒作为光源，则红色F字成的像更能说明像是上下颠倒且左右互换的。五是在光源及屏幕上均画出1的红方格，便于比较像与物的大小。六是转换小孔的转换器可选择不同孔型，以便观察成像情况，进而说明小孔成的像与小孔的形状无关。

2.换上凸透镜，可演示照相机的原理。具体为：一是借助焦距10cm凸透镜由远处逐渐向近处观察，调节屏幕位置，使成像清晰，可观察到倒立、缩小的实像，体会物近像远像变大的现象。二是还可换上焦距20cm的凸透镜，当观察同一景物时，体会像变大则像距变大的现象。

3.把屏幕换成凸透镜，演示望远镜的原理。物镜用焦距20cm的凸透镜，目镜用焦距10cm的凸透镜，就能把远处物体的像呈现在近处，放大视角，则会看得清楚。此外，可使用不同镜头组合，比较成像情况。

4.演示显微镜原理。物镜用焦距较短的5cm凸透镜，目镜用焦距10cm或20cm的凸透镜，使物距在物镜1倍、2倍焦距之间（5～10cm），调节目镜使像呈现在目镜1倍焦距内，可两次放大，增大视角，体验显微镜的成像特点。

三、制作方法

1.制作镜筒。在直径约8cm、长约1m的塑料管（建筑房屋落水管即可）上缠两层旧挂历纸（便于操作内筒插拔镜头时直接使用该塑料管）；再将一张旧挂历纸裁成5cm宽的长条，将其一端用透明胶布固定在塑料管的纸上，然后不重叠紧绕一层，长约40cm；再将另一同规格纸条的一端涂上固体胶依上法粘贴，如此粘贴数层纸条，待厚度合适后外面再粘一整张纸（无字净面向外），即做好内筒。在内筒上垫两层纸，再仿内筒做法做外筒。取下，裁剪两筒，使两端齐整，内筒比外筒长约2cm。将内筒内壁用墨涂黑。

2.做“镜头”。

（1）用于小孔成像的“镜头”。①主体：做半径比外筒半径大4～5cm的圆形纸片，以圆心为中心做与外筒等大的圆，依量角器标准每间隔15°在纸片上描点。作出相对两点所在的直径及与圆的交点。从一点向相对点的邻点连线，可只画出圆外部分（为了裁去多余的小三角），再画出与该两点关于圆心对称的两点所在的直线。如此作出一对对的平行线，剪掉两线间的小扇形，裁成顺着圆心的小条。裁出一个宽4～5cm、长26cm的厚纸条，围在外筒一端，固定成一纸环，再在小条上涂固体胶。将外筒竖立到该纸片中央，把小条粘到纸环上，用透明胶带加固。②小孔转换器：仿照显微镜的光圈，用硬纸片做一个半径3.5cm的圆片，以圆心为中心，作半径分别为3.2cm，2.5cm的同心圆。将该片用两小块透明胶带黏到一张稍大的纸上，作出相互垂直的两条直径，依量角器标准以圆心为中心，每隔10°在该纸上描一圆点，分别连接相对的两点，与两圆相交，描出内圆每段弧的中点，用直尺连接外圆上的点与内圆相邻的中点，再用剪刀剪开即成锯齿状。用针穿过小孔转换器圆心，在“镜头”上向只露出锯齿的位置扎下去，对露出齿的部位作好记号。将上述孔作为固定转换器的中心，并从镜头圆心扎向转换器，得一孔，以该孔到转换器圆心的长为半径，以转换器圆心为中心作圆，在该圆上且与上孔间隔90°处分别刻出五星、三角、月牙状小孔，在各孔相对的齿上画出各孔的形状。在镜头的一侧两记号之间用刀片划开，稍微加宽（特别是两端）。在圆心处用较粗的锥子钻一个大孔（以便按扣能穿过），对照交叉的直径检查偏不偏，再用小刀把捅出的纸削掉；同样在镜头上中心、轴心钻孔，并用按扣组合好。

（2）其他如外筒挡片、屏幕、模型照相机镜头的做法大致同上。将外筒挡片、圆片几乎挖空，即可直接将其粘到外筒上；对于外罩式凸透镜头，要裁出比透镜半径小约2mm的孔，再裁出一个合适的圆环使其从里边夹住透镜；屏幕和内插式镜头则先做好镜座，再用一个较大的（粘上屏幕的）圆环从外面粘向镜座或夹住透镜。待牢固后插入内筒，并用剪刀剪去多余部分。

3.标示像距刻度。将内筒放入外筒，与外筒边对齐作一记号作为零刻度，抽出内筒，从零刻线向屏幕方向作一母线，标上刻度。

4.制作光源。裁出与手电筒镜头同样大小的圆纸片，画上1的红方格，在其上刻出或打出F形小孔，将该纸片夹到手电筒镜头的镜片与红塑料片之间。

5.其镜头做法见图3～图7；其小孔成像镜头见图8、图9；其小孔转换器见图10。

作者介绍：杨红光，河北省临漳县坊表中学（056600）。

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