针孔照相机的设计、制作和使用.docx

针孔照相机的设计、制作和使用背景资料1知识背景：什么是针孔照相机：针孔照相机是一种古老的成像工具，它不需要镜头、反光镜或其它任何光学部件，而是让光线穿过一个小孔，在暗箱形成外部景物的倒像。小孔成像基本原理：在较暗的屋子里，把一支点燃的蜡烛放在一块半透明的塑料薄膜前面，在它们之间放一块钻有小孔的纸板。塑料薄膜上就出现烛焰的倒立的像(见图),这种现象表明了光沿直线传播，这就是小孔成像基本原理。小孔成像实例：在自然界中也常常可以观察到小孔所成的像。当灿烂的阳光透过浓密的树叶斜射在地面上的时候，你会在地面上看到许多摇曳的光斑。有趣的是不管树叶交织成 的小孔是什么形状，每个光斑都是圆的，这是为什么呢？原来，这是太阳穿过小孔所成的像。太阳是一个球体，所以它的像总是圆的。要是某一天发生了日偏食，太 阳缺了一部分，那时候才会形成许多奇异的月牙形的光斑（见图）在一定的时刻，光线通过隧道在对面的山上会形成倒置的影像。在生活中也可以看到小孔成像，当你进入到一间较暗的房间，通过钥匙孔，可以在墙壁上看到外面投入的倒置影像。小孔成像历史沿革：我国古代在公元前4世纪，墨翟就做过针孔成像的实验，并给予分析和解释。墨经中明确地写道：景到（倒），在午有端，与景长，说在端。这里的 午即小孔所在处。这段文字表明小孔成像的是倒像，其原因是在小孔处光线交叉的地方有一点（端），成像的大小，与这交点的位置无关。从这里也可以清楚 看到，古人已经认识到光是直线行进的，所以常用射来描述光线径直向前。北宋的沈括在梦溪笔谈中也记述了光的直线传播和小孔成像的实验。他首先直接 观察在空中飞动，地面上的影子也跟着移动，移动的方向与飞的方向一致。然后在纸窗上开一小孔，使窗外飞鸢和楼塔的影子呈现在室内的纸屏上面，沈括用针孔成 像的原理来解释所观察到的结果：若鸢飞空中，其影随鸢而移，或中间为窗所束，则影与鸢相连，鸢东则影西，鸢西则影东。又如窗隙中楼塔之影，中间为窗所束， 亦皆倒垂。 欧洲十六世纪文艺复兴时代，有许多宫廷画家就采用这种方法进行绘画。十九世纪达-芬奇和其他画家也用小孔成像原理作为绘画的暗箱。（见图）中国古代针孔成像实验示意图世界最早的暗箱图解（1544年)针孔照相机的今日发展：随着现代科学技术的发展，以照相机为载体的摄影技术已经相当发达。如自动卷片、自动测光、自动对焦、胶卷的自动识别、低色散镜片、镜片多层涂膜技术等 等。数码摄影的兴起，更是对传统摄影是一个极大的挑战。但是，任何先进的照相机成像原理都是和针孔照相机一样的，只不过在小孔的位置用镜头进行了替换，而 且都是从最简单的针孔成像的原理发展而来的。世界各地，仍有许多针孔摄影爱好者，用他们制作的千奇百怪针孔照相机拍摄他们心目中的摄影作品。他们成立了针孔摄影组织，组织全球针孔摄影日，2002年4月28日是第二届全球针孔摄影日，并有海报和徽标（见图）。世界各地摄影家在这一天24小时内，用针孔照相机拍摄针孔照片。中国针孔摄影家史国瑞先生将长城烽火台包裹起来，当做一个天然的大针孔照相机，来拍摄一张大的针孔长城影像作品。 2、方法背景：针孔照相机制作非常容易，生活中有许多（废弃）物品可以改制成针孔照相机，有许多材料可以制作成针孔照相机，制作出有特殊想象力针孔照相机可以拍摄出连现代高级照相机也拍不出的摄影作品。制作方法和要求：可以根据学生不同程度和年龄，设计、制作针孔照相机和拍摄针孔摄影作品，可以分如下四个层面。第一层面：寻找生活中不同的物品进行改装，看到针孔形成的影像。如用饮料罐、牛奶盒、奶粉罐等等（见图）。在容器的一端用10号缝衣针戳一个小孔，相对一端用刀片挖去一块，蒙上硫酸纸，对着景物，就能在硫酸纸观察到一个倒立的影像。（见图）第二层面：使用规定材料进行制作简易针孔照相机为学生提供一张A4（21厘米29.7厘米）大小的黑卡纸进行制作，根据小孔成像的原理，并提示学生充分利用到黑卡纸，制作出观察到影像非常清晰锐利的针孔照相机。并能根据焦距的长短和孔径的大小，使观察到的影像可以变大或缩小。 第三层面：能将上述的针孔照相机拍摄照片：将制作好上述的针孔照相机，不挖去原来蒙硫酸纸的位置，用摄影用黑白照相纸（2号或3号印相纸）进行替换。此过程要在开有红灯的暗室内操作，用黑纸片封住前端小孔（见图）， 做到针孔照相机其余部分不漏光。然后将针孔照相机拿到外面去对着景物，揭去封住前端小孔的黑纸片进行曝光，相当于现代照相机的快门。曝光时间决定于照相纸 的感光性能、针孔的直径大小和光线的强弱。通过观察、试验、记录、计算和分析。探求出最佳的孔径直径大小和光线的强弱等一系列的关系。一般针孔照相机的曝 光时间比较长，所以在拍摄时要将照相机固定住。将曝光后有潜影的照相纸在红色灯光房间内进行显影、定影和水洗。显影液和定影液可用市售小包装的显影粉和定 影粉配置。冲洗后得到图象与原先景物相反的影像（即负像）。如要得到正像，可用实物投影仪进行图像反转，或扫描输入电脑，用处理图像软件进行反转。第四层面：用设计和制作的针孔照相机进行摄影创作为了要保证图像的大小和图像的锐利和清晰，在拍摄之前就能知道拍摄后的结果。必须对针孔照相机有设计图纸，对针孔有选择，如针孔的形状必须非常的圆、 确定合适的针孔直径、如何测量针孔的方法。测定针孔相机的焦距、根据光线和感光材料计算出曝光时间一系列数据问题。现在世界至少有50多个公式来确定合适 的针孔直径，下面就推荐一例：最佳孔径（mm）=1/25-针孔照相机的焦距 可以用一定感光度的黑白胶片拍摄后负片冲印和印制或放大成照片。冲洗黑白负片一般使用D-76显影液，冲洗黑白照片一般使用D-72显影液。F-5定 影液可以共用。冲洗黑白负片要在全黑的环境下进行，详细记录每次冲洗时间和温度，并和拍摄时曝光时间综合分析，得到最佳冲洗时间和温度。并对摄影的作品有 美学上的要求。下面图片供制作时参考（尺寸大小学生可以在设计中自我决定） 针孔照相机拼装图针孔照相机形状图3、设计理念1、整个活动通过四个层面，由较为浅显学生感兴趣的制作方法入手，逐步向纵深发展的过程。保持良好的学习状态。2、活动运用到了物理、化学、数学、美术、摄影、劳动技术课程等多方面的知识和能力。3、以学生发展为本，活动和设计过程要以学生为主体的教学过程，启发学生自主性学习，自主性探究、发挥学生的主动性和创造能力。4、教师在教学活动过程中，要采用多种媒体的教学手段和多种活动形式，不断引导学生制作追求有质量意识和外观设计有美学元素的能力。 5、制作和拍摄完成以后，要以个人、小组或班级为单位进行展示、展览和评比等各种评价手段。4、重要词汇物距、焦距、焦点、曝光、潜影、负像、正像课程目标1、通过活动培养学生严谨踏实的科学态度，对科学技术思考和探索的精神。2、通过活动激发学生求知的欲望、创造性思维能力和初步设计能力。3、通过活动使学生了解科学实验和技术制作的基本流程,有对产品的质量意识。4、学会一些常用工具的使用技术，有测量、记录、描述和绘制等技能。5、通过活动可以提高学生观察能力与分析问题的能力，运用科学的客观标准评价科 学发生的现象和事物。6、培养学生即要有独立的思维能力又要与他人合作的团队精神。7、学习初步的外观美学设计，通过自己制造的产品-照相机能拍出美的摄影作品和对美好事物的追求。活动方案一、示范性活动方案：1、适用对象：C 段（10-12岁）体验性参与（可参与活动中的第一和第二层面） D 段（13-15岁）探究性参与（可参与活动中的前三和层面）E 段（16-18岁）设计型参与（重点对第四层面的实践和对拓展性活动方案实践）2、适用建议：学校课堂、兴趣小组、家庭、青少年科技活动场所3、活动目的：1）过制作活动培养学生不循旧规，感于创新的精神。2）通过活动让学生对物理光学的知识，解释照相机、放大镜、人眼视物等原理和对化学感光知识有进一步的了解。3）培养学生的初步设计能力和审美意识的提高。4、活动所需资源：a)学生用活动器材：各式空容器（学生自己准备）、10号缝衣针、A4黑卡纸、硫酸纸（描图纸）、3-5mm厚桐木板、铝片（可乐罐替代）、黑板漆、胶水、双面胶带、剪刀、刀片、尺、3号印相纸、黑白胶卷、显影和定影液等。b)教具和设备：投影仪、演示用照相机、温度计、红灯泡、窗帘、水源、容器等。c)活动场地：实验室或普通教室（用窗帘挡住门窗可改为临时暗室）分组活动、有摄影暗室条件最好。5、活动内容：a)发挥想象使用各种材料设计和制作针孔照相机和拍摄不同的针孔摄影作品。b)展示自己的摄影作品和自己的针孔照相机。c)根据活动内容可开展系列性活动。6、活动过程：活动一：用各式各样的容器空罐或包装盒制作针孔照相机用多媒体演示针孔照相机的古今中外的历史。用有镜头的照相机演示成像的原理和演示针孔照相机的基本原理。同学分组将自己带来的各种容器罐制作针孔照相机。告诉学生小孔不能戳得太大，小孔要取在“观察屏”中央。否则不能看到完整画面。观察时，小孔要对着亮的地方，“观察屏”要在比较暗的地方，可用较厚衣服蒙着观察。1、简易的针孔照相机：第一次制作记录第二次制作记录材料名称质地尺寸（mm）小孔到观察屏距离图像大小图像清晰度2、对观察到的影像进行简单描述：活动二：用规定材料制作针孔照相机。提问：上次制作的观察屏有多大？实际景物图像有多大？针孔到图像的距离（焦距）是多少？用A4黑卡纸（21.0cm29.7cm），也可以用其它标准。尽材料的最大尺寸设计和制作一个针孔照相机，要求是景物影像要充满硫酸纸观察屏和较大的图像。小孔要求小和圆，小孔周围不要有毛刺，有毛刺要将它修平，否则要影响到图像的锐度和清晰度。A4黑卡纸设计的针孔照相机展开图：单位：mm 以上展开图仅参考，也可自行设计 设计者- - 日期-活动三：用自制的针孔照相机拍摄针孔照片。 用第一次或第二次活动的方法，制作一个针孔照相机，观察屏不要挖去，做到除小孔以外的任何部分不漏光。内壁如不是黑的，为防止反光，就用黑板漆涂 于内壁表面。将照相纸裁成比观察屏大一些，在开有红灯的的室内，将它粘于原来的观察屏位置。注意不要将背面和药膜面搞错。整个针孔照相机不能漏 光，再用一张小的黑纸片封住针孔。拿到室外，对着景物，固定照相机，揭去小孔前的黑纸片进行曝光。曝光时间由照相纸性能、针孔大小、光线的强度决定，需要 试验决定。并做每次的记录。然后拿曝光后的针孔照相机到暗室内，拆开照相机，取出有潜影的照相纸，防入显影液中显影，边显影边观察，显到合适为止，再定影10分钟。水洗、晾干即可。将得到的负像扫入电脑或用实物投影仪进行反转，就可以得到正像了。1、用针孔照相机拍摄照片：材料天气照相纸景物焦距曝光时间显影时间第一次第二次第三次第四次.2、描述照片的特征：3、分析照片拍摄和制作质量：活动四：计算、设计、测量和制作针孔照相机。每个学生设计出草图并制作一个针孔照相机，除美观拍摄装片方便外，还有考虑焦距与小孔的直径和形光圈等之间关系（参考计算公式和后表）。并能计算出在不同光线下曝光值。 1、设计（草）图：（有平面图、有立体图）单位：mm 设计者： 日期：2、针孔的直径是多少？3、光圈的值是多少？活动五：用针孔照相机拍摄摄影作品。将制作的针孔照相机装120胶片（如设计成单张的要将胶卷裁下），装胶卷的过程中要在全黑的条件下操作。潜影的胶片用D-76配方冲洗，负像可印制或放大成照片。将小组（班级）拍摄后的摄影作品进行展览和评比。用120乐凯黑白胶卷（ISO 100）在不同的天气曝光应是多少？晴少云多云阴景物1景物2.从技术和艺术质量分析针孔摄影作品：7、活动评价（学生）：活动结果是分值活动过程中分值活动方法分值外部形态（20）资源应用（20）方法科学（20）科学合理（20）程序连贯（20）主体作用（20）拍摄结果（20）知识运用（20）群策群力（20）循序渐进（20）思维活跃（20）设计理念（20）学生收获（20）善于创新（20）经验总结（20）二、指导性活动方案：1、史国瑞先生把长城烽火台包裹成他的大型针孔照相机，焦距是2900 mm，在实际拍摄时也可能会做适当调整。感光材料为英国产(kentmere)黑白纸基相纸(FB)1100mm4000mm，感光度ISO 8 ; 或黑白涂塑相纸(RC)1290mm4000mm，感光度ISO 8。2、测量针孔直径的方法：用学校的生物显微镜（显微镜镜体上标有放大倍数）。 用幻灯机或投影仪，并通过计算能获得针孔的直径。3、如何计算光圈值：光圈值=焦距/针孔直径4、 焦距、小孔孔径、光圈参考数据一览表：焦距mm孔径mm光圈焦距mm孔径mm光圈焦距mm孔径mm光圈50.0956950.392443750.77484100.13791000.402504000.80500150.15971100.422624250.82515200.181121200.442744500.85530250.201251300.462854750.87545300.221371400.472965000.89559350.241481500.493065500.94586400.251581600.513166000.98612450.271681700.523266501.02637500.281771800.543367001.06661550.301851900.553457501.10685600.311942000.573548001.13707650.322022250.603758501.17729700.332092500.633959001.20750750.352172750.664159501.23771800.362243000.6943310001.26791850.372303250.72451900.382373500.754685、 几种类型针孔照相机：三、拓展