作者：陆梦娇
[摘 要]小孔成像通常作为光的直线传播的应用实例在课堂上被广泛应用，苏科版、人教版等多个版本的初中物理教科书也把小孔成像作为经典实验保存下来。对于小孔成像现象，我们通常将像形容为倒立的实像。实像是由实际光线经光具组后会聚而成的。小孔成像时光线经过小孔是发散的，故将其形容为实像有待商榷。不如将烛焰看成是由无数个点光源汇合而成的，对每个点光源进行光路图分析就能得到，小孔成的“像”是由无数个和小孔形状类似的光斑重叠汇合而成的。
光的直线传播是初中阶段的重要知识点，其中小孔成像实验制作成本低廉，现象明显，通常作为光的直线传播的应用实例在课堂课上被老师们广泛应用。物理学习是一种情境化的学习，我们的课堂要使学生在情境中发现问题，解决问题，得到结论。笔者让学生分组进行课外探索，然而学生分组实验后记录的实验结果却值得我们思考——小孔成的是“实像”吗？
一、观察小孔成像现象——提出问题
实验：以太阳为光源，地面为光屏，观察小孔成像现象。
现象：当距离地面很近时，出现和孔形状一样的光斑；当距离地面一定高度时，光斑的轮廓变得模糊；当与地面距离足够远时，小孔成像，出现圆形光斑，我们称之为太阳的实像，不同小孔下圆形光斑大小不等（如图1）。
图1 小孔成像
分析：如图1，上排的三个小孔较大，形成的光斑较大较亮。下排的小孔较小，形成的光斑也较小、较暗。实验发现像的大小与小孔形状有关，故提出问题
问题1：当光源（太阳）一定，光源与小孔距离相等，小孔与光屏（地面）距离相等时，出现的光斑为什么大小不相等？
问题2：当小孔逐渐靠近地面时，小孔成像现象逐渐消失；当小孔与地面很近时，出现了与小孔形状类似的光斑（如图2），为什么圆形光斑会消失？
图2
根据光的直线传播，小孔大小不等，能通过的光线范围不等，能解释问题1中出现的光斑大小不等。既然是实际光线穿过小孔到达光屏，减小小孔与光屏的距离，光屏仍被照亮，光屏上成的仍是实像，那为什么此时像的形状与物不再相同或相似，此时的像还是实像吗？
二、小孔成的是实像吗
《辞海》对实像的定义是：物体发出的光线经光学系统（如凸面镜、凸透镜、透镜组）反射或折射后，重新会聚而造成的与原物相似（放大或缩小）的图景。
以凸透镜成实像为例，分析与小孔成像的区别。
其一，形成原因不同。实像是由实际光线经光具组后会聚而成（如图3），以光源上一点[A]为点光源，其发出的是同心发散光束，经凸透镜折射后光线会聚于[A']而成实像；当小孔成像时取一点光源，其发出的同心发散光束中有部分光线穿过小孔继续传播，传播方向保持不变（如图4），所以到达光屏上的光束仍是发散的，不满足实像形成条件。
图3
图4
其二，成像位置不同。理想情况下，实像点只有一个位置，光屏在凸透镜另一侧的[A']才能承接到最清晰的像，左移或右移光屏都会使像变大变模糊，而小孔成像时，光屏在另一侧移动，光屏上的光斑会逐渐变大或逐渐变小，并没有一个确切的像的位置。
其三，造成图景不同。凸透镜成实像时，像始终能反应物的信息，成放大、缩小或等大的像。小孔成像时，当像距很小时，光斑变得和小孔形状相似，不再反映出物的信息。
小孔成像时像的特点并不满足实像的所有条件，虽然我们看见的光亮图景也有倒立及能被光屏承接等实像的一些特点，但严格意义上来说，小孔成像成的并不是实像，那我们看见的“倒立的实像”是怎么形成的呢？
三、小孔成像的实质
首先考虑是否是虚像。实验表明，物体经小孔所成的像，既能用光屏承接，也能使相机胶片感光（针孔照相机原理），所以一定不是虚像[1]。那小孔成像的实质究竟是什么呢？
取烛焰作为光源（如图5），烛焰（未画出）的上顶点为一点光源，其发出的同心发散光束经三角形小孔后在光屏上出现一细小的三角形光斑，即光屏上光亮区域的下部；烛焰的下顶点也为一点光源，同样在光屏上出现一细小的三角形光斑，即我们在光屏上看见的光亮图景的上部，由于小孔相对于烛焰来说很小，两个光斑并不能重合，所以我们看到了倒立的情景[2]；同理，烛焰的每一发光点都作为一点光源，发出的发散光束经过小孔后在光屏上出现了无数细小的三角形光斑，邻近的光斑会相互重合增加亮度，从而使我们在光屏上看到了类似于烛焰的光斑。当孔不够小时，所有的三角形光斑以很小的差别重叠在一起，我们看到的就是三角形光斑。
图5
这也就能解释学生的实验结果，不同大小的小孔成像时，“物距”“像距”一定，像的大小不相等。其实正是因为小孔大小不同，所以其细小光斑的大小不等，小孔大，落到地面上的光斑大，重叠汇合而成的光斑就大，反之，光斑就小。而不同形状大小相等的小孔，落到地面的光斑重合而成的光斑也近似相等；当小孔和光屏很近时，虽然孔很小，但上顶点A和下定点B落在光屏上的两细小的三角形光斑仍然几乎重合了，同理，其他的无数三角形细小光斑也相互重合了，最终使我们看到的是和小孔形状类似的三角形光斑。
教学中不仅要引起学生思维，还要维持思维发展。学生学习物理知识的目的是要解决实际问题，教学中老师和学生在实验情境中发现问题，反思学习，促进思维向深度发展，形成自己的结论，相信同学们一定会印象深刻。综上所述，我们所看到的小孔成像情景，其实是由无数个和小孔形状类似的光斑重叠而成的弥散性光斑，光斑形状和实像有一些共同的特点。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 孙大君.也谈“小孔成像”的“像”[J].物理教师，1993（3）：29.
[2] 席桑田.小孔成像成的是像吗？[J].物理教师，2004（7）：35-37.
