数码相机让物理简捷出彩-江苏横林高级中学

1、让数码相机为物理实验简捷而出彩李志锋1 李梦赟21江苏省横林咼级中学2江苏省技术师范学院江苏常州 213101 数码相机的普及，不仅丰富了生活，也为物理实验带来许多便利，使一些 实验变得操作简捷，方便易行。利用相机设定功能及其特性，拓展应用范围，为 教学所用，可让物理课堂更富养、更出彩。笔者通过对数码相机实践与探索，完 成了多个实验，如利用视频短片功能拍摄视频或利用连拍功能等效拍摄频闪照片 研究物体的运动等等。现选择其中两个光学实验和大家共同探讨与分享，以期抛 砖引玉。一、利用数码相机开展小孔成像实验1. 小孔成像原理 图1为小孔成像原理图，其中长方体为一暗 箱相机机身，在其前端开有一个小孔。

2、由于 受小孔的限制，物体AB发出光线进入暗箱时，A 端光线只能到达A'附近区域。同样地B端的光 线只能到达B'附近区域。因而在后侧面相机的感光件上形成一个上下、左 右倒置的影像。2. 器材选用甲乙图2相机应选用可换镜头的数码照相机，如单反相 机。另外还需黑色机身盖图2或其它代替品、 铝箔或锡箔、缝纫针、透明胶带、薄玻璃片光学 显微镜用的盖玻片较好、黑色记号笔、三角架。 为实验操作更方便，最好准备一根快门线。3. 小孔成像相机的制作如图2所示，首先在机身盖正中心打个孔图2甲，并在机身盖内侧放上薄玻璃片，四周用透明胶固定密封为保护相机， 以防空气中的飘浮物飘落在感光元件上而影响相机

3、正常使用。然后，选取比机 身盖中心孔大一些的铝箔一块，用针在其中心戳出一个小圆孔，孔径大小根据需 要确定。再把铝箔压抚平整，并用记号笔把铝箔涂成黑色后覆盖在机身盖上尽 量做到小孔中心与相机中心轴线重合，用透明胶带粘好图 2乙所示，切勿粘 到小孔上，然后取下相机镜头，迅速换上带有小孔的镜身盖。至此，小孔成像 相机就制作完成了。假设实验只是成像探究，对像的质量无太多的要求，小孔孔径选择也无太多的 要求。假设要追求较高的成像质量，那么对小孔大小要作适中选择，孔的四周力求 无毛刺。从几何光学角度可知，小孔越小成像质量越高。但孔径太小又会产生衍 射现象而影响成像质量。4. 小孔成像拍摄与显示小孔成像实验

4、，根本操作与用相机进行拍摄照片根本相似1 拍摄参数的估测为了得到较好的照片，可以用不同的拍摄参数进行 试拍屡次，再选择一张比拟好的作为拍摄结果，也可以对曝光参数的进行估算，根据估算对数有针对性地进行拍摄。 方法是：用未经改装的相机在实验现场对被 摄物进行测光，确定其光圈、曝光时间的组合值Fi、Ti,再把针孔相机的焦距d小孔到感光器的间距除以针孔直径 D,求得针孔相机光圈值F2,那么曝光时间 T2= F2iTi/ F 22。小孔选定后，小孔相机的光圈也就确定，能控制的唯有曝光时间。由于小孔 直径D难以精确测量，因此以上曝光时间只是估算值，需根据估算结果进行包围 曝光，以到达正确的曝光。2成像质量

5、的控制 小孔成像的质量不但与小孔大小有关， 还与物体到小 孔间的距离物距有关。物距越大，成像越清晰。图3照片为笔者用佳能D50改装后的小孔成像相机，在物距约45cm,小孔直 径约0.2mm，曝光时间2.5s所得。3成像观察 拍得小孔成像照片，可以通过相机显示屏直接观察，也可 以通过电脑或投影仪进行显示而增大可视度。5. 实验考前须知 由于孔小进光少，因此曝光时间也相对较长，为了得到较好的效果，用 三角架固定相机进行实验。2实验时，小孔不要过小或过大。小孔过小，曝光时间延长，光的衍射效 果增大，使图像锐度下降。小孔过大，物点通过小孔在感光屏上形成的光斑增大， 成像质量明显下降。3制作小孔所用薄膜

6、厚度应尽可能小，防止出现筒管状小孔。把薄膜涂成 黑色，以减少周边杂散光对实验的影响，确保成像质量。4小孔成的像是倒立的，但为满足人的视觉习惯，数码相机对像进行了处 理，上下、左右进行了翻转，这需要向学生说明。5本实验的最大风险是相机的感光元件 CCDS CMO完全暴露在空气中， 易受到污染而影响相机正常工作。因此，在改装时务必在小孔前方粘贴玻璃片， 以阻挡尘埃等有害物质飘落感光元件上，别让其长时间暴露在空气中。6. 本实验的优点首先，相机改制简单，人人都会。其次，实验不受时间、地点的限制，可以 在教室内常态下进行现场实验，打破了原先小孔成像必须在暗室内进行的局限 性。再者，实验所成图像可通过相

7、机拍摄成照片后，在机身显示屏上直接显示， 也可打印成照片或与投影仪连接后投影到屏幕上，可视性大，直观性强。还有， 有兴趣的学生可以自行动手制作改装， 提高动手能力、制作技能，培养学生开展 实践的科学情怀，渗透物理学科的科学情感教育。二、用数码相机“观看红外线1.原理可见光的波长约是400nm700nm 红外线波长在 700nm以上，_属不可见光。数码相机的感光元件前."虽安装了红外截止滤镜低通道滤'镜以滤掉了红外线，但还是能通过-:一局部的红外线，并让其感光而“看到 红外线，特别是近红外线受红外截止滤镜的影响相对而言比拟小图4所示据技术资料，红外线遥控器是利用波长 760nn

8、1500nm之间的近红外线来传送控 制信号，目前，遥控器实际使用的红外光波长约在 800nm9400nm之间，属近红外线。 2.实验操作一般电视机、投影仪、空调 等遥控器信号发射窗二极管发 出的信号属红外线波段中的近 红外线，可透过相机低通道滤 镜。因此当遥控器工作时，二极 管发出的红外线能通过相机而 成像。笔者就地取材，选用教室 内投影仪Panasonic PT-X680, 其它型号也可的遥控器进行了 实验。在按下遥控器任意一键时，假设用裸眼直接观察发射窗，那么看到的现象如图 5甲所示，与没有按下遥控器按键时观察到的情况完全一样，说明发射窗发出经 外光信号是看不到的。当按下遥控器控制键的同时

9、，用数码相机对准遥控器发射 窗，并在其显示屏上观察遥控器成像，会发现发射窗很白很亮如图5乙所示 由于遥控器发射的红外线不时在闪动，因此，在相机显示屏上观察到的亮点也不停地在闪动，可见已经“看到了且一定是遥控器发射出的红外线。当然各种具 有照相功能的 也能完本钱实验。3.本实验的意义在平时教学中发现，学生对红外线的概念非常模糊，每当我用起激光教鞭按 出红光，学生常常说是红外线。通过本实验可以让学生明白，红外线肉眼是看不 到的，必须通过一定的技术或手段，才能变得可视。通过本实验，给学生打下深 深的烙印，纠正了学生的错误概念。通过一些小小实验也往往能调动学生的学习 积极性。三、小结知识源于生活实践。让知识回到生活中去，与实践有机结合