“真问题”对物理大概念教学的启示——以几何光学和波动光学下的“小孔成像”为例

以小孔成像这一“真问题”为例,从几何光学推导了小孔成像的原理和条件,明晰了“像”的实质为小光斑的集合;从光的电磁波本性出发,将光的直线传播理解为衍射不明显时的极限表现,进一步探讨如何从波动光学看待小孔成像.整合光现象与光本质,探讨大概念视角下的物理教学.

小孔成像实验的创新改进

小孔成像实验是人教版物理八年级上册第四章第一节“光的直线传播”“想想做做”中的一个小实验,但从教学效果看,该实验存在不便于观察、安全性差等不足。为此,利用纸箱、半透明塑料膜、不同颜色的灯带、12V灯带电源、单刀双掷开关等日常生活用品和常规实验器材改进该实验,取得了较好的教学效果。创新改进实验的优点是:一方面,能满足学生的求知欲,不仅可以验证教材上对应的知识点,更可以让学生获得教材之外的知识;另一方面,可以解决原实验的不足,进而观察到更多实验之外的现象,并得出相应的规律。

融合动态小孔成像的鲸鱼优化算法

针对鲸鱼优化算法容易陷入局部最优和收敛精度低等缺点,提出了一种融合动态小孔成像策略的改进鲸鱼优化(DPIWOA)算法。动态小孔成像策略与普通的反向学习策略相比,可以产生更多样化的对立点,使用该策略可以加快算法的收敛速度和提高收敛精度,同时也可以避免算法在迭代过程中陷入局部最优。通过23个基准测试函数的实验结果表明,DPIWOA在收敛速度和寻优精度等方面均有提升,验证了改进策略的有效性和实用性。

巧用智能手机探究小孔成像

通过智能手机放映PPT的方式形成稳定的多形状光源,并制作了抽拉式可切换小孔观测仪改进了实验装置,全面探究了物体、小孔形状、物距和相距对小孔成像的影响.该实验装置操作简单、取材方便,既可以作为演示实验,又可以作为学生自制实验,能够有效培养学生的创新意识,提高学生的物理学科核心素养.

“小孔成像”实验装置的创新设计与使用

人教版初中物理八年级上册教材设置的“小孔成像”实验,更多地是为了激发学生的学习兴趣和探究热情,因此相对不够完备。经过反复思考、多次实验,创新制作了一套发光稳定,光源、小孔形状可变,物距、像距可调,能全面研究“小孔成像”规律与特点的实验装置。我们可以使用这套装置来探究像与光源形状、小孔形状、小孔孔径的关系,也可以用来探究像的大小与哪些因素有关,还可以用来探究多孔成像规律。

运用编程技术的小孔成像创新实验装置

小学科学“小孔成像”实验用点燃的蜡烛做成像演示,验证光的直线传播,但由于蜡烛易受外界因素的干扰,光线很强时成像模糊,角度不佳时很难观察到成像效果。改进后的装置名称为“利用编程技术的小孔成像创新实验装置”,用LED灯代替蜡烛光源,用按钮控制LED灯,通过小孔成相反的像。该装置不惧强光,成像更加清晰;像距和物距可以调节;成像形状可以按演示者喜好编程绘制,增强实验的趣味性和交互性。

基于物联网交互技术开发的小孔成像实验教具

用一个带有小孔的板遮挡在光屏与物之间,光屏上会形成物的倒立实像,这一现象就被称为小孔成像.初中物理教材所设置的实验用点燃的蜡烛做成像演示,验证光在均匀介质中沿直线传播,但由于蜡烛易受外界因素的干扰,光线很强时成像模糊,部分角度不易观察到成像效果.针对原实验的不足进行改进,用单片机、物联网模块、移动终端APP编程控制点阵屏上的LED灯进行成像演示,更加突出实验的趣味性、交互性和有效性.

基于“小孔成像”原理的展览空间设计研究

小孔成像属于光学原理的范畴,经过上千年的发展及运用,其在艺术领域发挥着重要作用。小孔成像馆主要阐述了拼装移动主题馆的设计概念与策略,以一种远古的成像术——小孔成像为主题,特点是便于拼装和移动,可以坐落于任何地面区域,为每个城市留下标志性的影像。小孔成像馆的空间展示具有小孔影像的倒像、错层、不定性等视觉效果,借以突出展馆的主题性质,其设计意义在于弘扬传统小孔成像术,促进各地区之间的文化交流,让小孔影像文化在新时代绽放光彩。

深度认识太阳的小孔成像

将小孔成像中的小孔看成占据一定空间的实际图形而不是一个纯数学意义的“几何点”,将小孔成像的类型以光的传播方式为依据划分为直线传播式小孔成像、反射式小孔成像和折射式小孔成像,并进行实验研究,以大量的实验证据作为思考的起点,以“光在同种均匀介质中沿直线传播”为思考的工具,对太阳的小孔成像建立统一的模型,并对模型进行实验检验。

一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法

鱼眼相机由于其超宽的视场范围(Field of view,FOV)(可以达到180°以上),得到越来越广泛的应用.常规的基于小孔成像模型的相机矫正与标定算法在超宽视场的鱼眼成像系统中已经不太适用,为了兼顾小孔模型的特点,本文提出了一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法.此方法是对小孔成像模型的进一步拓展,不仅具备小孔模型实现简单、适合人眼视觉效果以及相机标定方便等优点,同时将小孔成像模型适用的视场范围扩展到超宽视场领域.其基本思路是:在利用小孔成像模型对鱼眼相机90°左右视场范围进行矫正与标定的基础上,使用非等间距的点阵模板,并结合直线拟合以及自然邻点插值算法,扩展小孔模型适用的视场范围.本文使用鱼眼相机从不同的角度拍摄多幅模板图,完成鱼眼相机的矫正与标定.通过求取的小孔成像模型参数实现相机的标定;对鱼眼相机拍摄的实际场景图进行畸变矫正测试,结果表明此方法能够很好地矫正鱼眼相机存在的畸变,得到符合人眼视觉效果的矫正图;单幅矫正图视场范围达到130°,结合不同角度拍摄的多幅模板图,可把矫正的视场范围扩展到180°.

基于小孔成像技术的中能电子成像谱仪及其空间观测结果

中能电子测量对空间辐射环境的理论研究和空间航天器的防护设计具有重要意义。北京大学研制的中能电子成像谱仪(BD-IES)利用小孔成像技术实现多方向中能电子的能谱测量。地面标定试验结果表明,BD-IES具有良好的能量线性度和较小的系统噪声,能够有效实现对中能电子的能谱测量。该仪器已成功应用在我国导航卫星上。最新测量结果表明BD-IES对中能电子的测量是成功的,其结果对于研究如亚暴注入、波-粒子相互作用等空间物理热点问题具有重要意义。BD-IES未来将被应用到"风云"等空间环境探测平台上。

小孔成像的实验探究

由树荫下地面上的许多圆形和非圆形光斑提出了5个光学探究问题,利用废旧的食品筒,制作了小孔成像仪,并将学生分5个小组进行了实验探究.通过猜想假设、设计实验、收集数据、分析论证,分别得出相应的结论,总结出小孔成像的条件和5个特点,同时对实验中的4个意外发现进行分析与归纳,还指出了进行实验观察时必须注意的3个环节.

关于“小孔成像”的研究

本文为作者在指导学生研究第30届国际青年物理学家锦标赛第3题的基础上写成。首先根据几何光学和波动光学相关概念和原理,从理论层面对"小孔成像"做了物理学研究,比较全面地探讨了小孔孔径、物距和像距等参数对成像大小、清晰度和亮度等方面影响。在此基础上通过现代光学实验技术对这些参数进行定量研究,并借助于ToupView和Tracker等计算机软件对实验数据进行了详细的分析。发现理论和实验具有良好的自洽性,从而得到了一般性结论。

赵友钦小孔成像研究来源初考

对于元朝道人赵友钦所著《革象新书》中的"小罅光景"篇,前人已做了大量讨论。然而,之前的学者未能注意到,赵氏的小孔成像研究以解释日食观测中的特殊现象为目的,类似的研究在元朝之前的中国古代光学中没有先例,却是古希腊以降西方光学研究中的重要课题。文章列举了有关文献,说明赵友钦的问题和方法,和13世纪之后的西欧学者一样,受到了阿拉伯光学的影响。进一步的考证表明,郭守敬并不是赵友钦和伊斯兰科学之间的中介,赵友钦所研究的小孔成像难题最有可能由邱处机从西域带回。

小孔成像的光学传递函数分析

根据光学传递函数（ＯＴＦ），提出一种分析小孔成像最佳位置的方法，小孔成像的最佳位置可等效为一个具有“可变光焦度”

杂谈:国进民退·悟空的口敞·小孔成像

近日，《法人》杂志披露了2013年发生的357起企业家犯罪案例。其中国企犯罪87例，民企犯罪270例，占到了七成。国企民企之间的这一比例已经成为企业家犯罪的统计常模。

漫话:从影到小孔成像

1前言 一般来说“影”和“像”是两个完全不同的概念，在日常生活中却常常“影”“像”不分，这给教学带来了不小的困难，以致不得不想方设法，不厌其烦地加以区分．然而，现在我们却要说“小孔成像”正是由“影”形成的，没有影就没有小孔成像．

浅谈小孔成像科普展览的背景知识

本文围绕科普场馆中的常见展品"小孔成像",介绍了中国古代对小孔成像现象的研究成果和我们日常生活中的小孔成像现象,并指出该现象虽然在中国认识最早,但由于缺乏理论研究,影响了几何光学和摄影术在中国的发展。

深入理解“小孔成像”(初二)

小孔成像,众所周知,可是,孔小到什么程度方可成像?小孔是否必须是圆形?…你是否思考过这些问题?

融合微平衡激活的小孔成像算术优化算法

为提高算术优化算法的全局勘探和局部开发性能,提出基于非线性小孔成像机理以及具有微调功能最优位置引导搜索策略的算术优化算法(IX-AOA),自适应调整算术加速优化器因子是基于平衡算法勘探与开发目的一种纵向更新策略,通过双曲线性质调整算法勘探与开发时间分配,进而实现算法的自我更新机制,达到平衡算法勘探与开发的效果。在最优个体使用基于sigmoid激活函数的权重系数调整子代位置的搜索与开发的合理受控机理,达到丰富优质候选解的目标;引入非线性小孔成像原理改善搜索机制以优化候选解之间覆盖现象导致的寻优停滞局面,最后通过8个基准函数和部分CEC2014以及Wilcoxon秩和检测验证算法函数寻优的优越性。