八年級(jí)物理上人教版從小孔成像到全息照相.doc
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從小孔成像到全息照相 攝影既能如實(shí)地記錄被攝物的圖象、色彩和尺寸,又是文字語(yǔ)言的重要補(bǔ)充,比語(yǔ)言表述更形象、具體,起到了文字和語(yǔ)言所起不到的獨(dú)特作用,它打破了時(shí)間和空間的限制,能把過(guò)去的事物和瞬息間的事物凝固在一起,使人們能更好地研究過(guò)去的歷史,給科學(xué)研究提供可靠的資料,也給人們的生活增添了無(wú)窮的樂(lè)趣,由于攝影的上述特點(diǎn),所以在攝影發(fā)明了150年以后的今天,攝影技術(shù)仍為許多行業(yè)不可缺少的一項(xiàng)專門(mén)技術(shù)。 一、從小孔成像談起 攝影術(shù)的發(fā)展首先是從照相機(jī)的發(fā)明開(kāi)始的,而照相機(jī)的發(fā)明又與人類(lèi)對(duì)小孔成像的研究分不開(kāi)。我國(guó)早在2400年前戰(zhàn)國(guó)時(shí)期《墨經(jīng)》中就記述了用暗箱攝取影像的小孔成像的原理。沈括(1031—1095),在他的《夢(mèng)溪筆談》中,對(duì)小孔成像理論作了進(jìn)一步分析和解釋。明末、清初將小孔成像原理應(yīng)用于繪畫(huà)暗箱已經(jīng)很流行了。在西方關(guān)于小孔成像的記載,最早見(jiàn)于古希臘著名哲學(xué)家、美學(xué)家亞里士多德(Aristotle公元前384—322)的著作中,著名畫(huà)家、科學(xué)家達(dá)芬奇(L.Da.vinci1452—1519)也曾用小孔成像描繪景物。小孔暗箱雖能成像并得到應(yīng)用,但其缺點(diǎn)是不能解決影像亮度和清晰度的矛盾,于是出現(xiàn)了有透鏡的暗箱形成的照相機(jī)的雛形。帶透鏡的暗箱雖然能觀察景物。但卻不能把看到的景物永久保存,后來(lái)的人們開(kāi)始對(duì)影像如何復(fù)制的問(wèn)題進(jìn)行了思考。 對(duì)于一些物質(zhì)的觀察發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)陽(yáng)光長(zhǎng)期照射之后,它們會(huì)改變顏色。我國(guó)宋代文人蘇軾所編撰的《物類(lèi)相感志》中就記述銀鹽變黑現(xiàn)象。1725年,德國(guó)醫(yī)學(xué)教授約翰海因里希舒爾茨發(fā)現(xiàn),將做粉筆的白粉與硝酸銀混合于玻璃瓶中,被日光照射的一面變成了黑色,未照光的一面為白色,18世紀(jì)末,英國(guó)人托馬斯韋奇伍德,將不透明的樹(shù)葉,昆蟲(chóng)翅膀放在涂有硝酸銀的皮革上,在陽(yáng)光下曝曬后,取下樹(shù)葉時(shí)出現(xiàn)了非常優(yōu)美的白色輪廓圖象,白色部分有感光能力也逐漸變黑了,他雖然沒(méi)有找到將圖象固定下來(lái)的方法,但他證實(shí)了攝影方法記錄成像的可能性。 1826年,德國(guó)石版印刷工人約瑟夫尼塞福爾尼普斯(JNNiepce1765—1833),用涂有瀝青的合金板放在暗箱中,將鏡頭對(duì)準(zhǔn)他工作的室外,經(jīng)過(guò)8小時(shí)的曝光后,浸入熏衣草油中沖洗,得到了第一幅永久保留下來(lái)的影像照片,此法稱為“日光攝影法”。由于日光攝影法光敏度特別低,不可能成為實(shí)用的攝影方法。 法國(guó)發(fā)明家達(dá)蓋爾(LJMDaguerre1789—1851)改用銀鹽,在銅板上涂上碘化銀,感光性能大大提高,而用硫代硫酸鈉溶解未感光的銀鹽就是“定影”,1837年5月達(dá)蓋爾使攝影成為現(xiàn)實(shí),并命名為“達(dá)蓋爾攝影法”。1839年8月19日法國(guó)科學(xué)院與藝術(shù)學(xué)院正式發(fā)表了達(dá)蓋爾攝影術(shù),這一天被世界公認(rèn)為攝影術(shù)的誕生日。 接著,英國(guó)業(yè)余科學(xué)家塔爾博特把墨底白圖象的負(fù)片與另一張感光的藥膜面相貼,然后曝光、顯影、定影,最后得到了無(wú)數(shù)張與原物影像一樣的正像,這種負(fù)片——正片法一直延用至今,缺點(diǎn)是負(fù)片紙基厚,印出的照片清晰度差。以后,又發(fā)明用透明的片基代替紙基做負(fù)片并制成干板,逐漸改用醋酸纖維做負(fù)片,照片的質(zhì)量有了很大的提高。 攝影術(shù)的發(fā)展與照相機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的。早在19世紀(jì)40年代,法國(guó)光學(xué)機(jī)械商將帶有渥拉斯頓型鏡頭的木制暗箱,裝上銀鹽感光片就誕生了第一架可供攝影用的照相機(jī),當(dāng)時(shí)總重量達(dá)110磅。1888年,美國(guó)業(yè)余攝影愛(ài)好者G伊斯曼(G.Eastman1854—1932)根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn),成功地制造出第一臺(tái)使用膠卷的“柯達(dá)”照相機(jī)。該照相機(jī)的重量縮小到只有2磅,已成為便于攜帶的旅游伙伴。隨后,按照攝影實(shí)踐的需求,照相機(jī)的技術(shù)性能不斷發(fā)展,光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善,并把電子技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于照相機(jī)上;現(xiàn)今照相機(jī)的發(fā)展已進(jìn)入了光學(xué)精密機(jī)械與電子相結(jié)合的時(shí)代,并開(kāi)拓了廣闊的市場(chǎng)。 二、彩色攝影的構(gòu)思 在達(dá)蓋爾時(shí)代,照相機(jī)主要是用黑白片,黑白片是用黑、灰、白構(gòu)成畫(huà)面中不同的階調(diào)、層次和對(duì)比,表現(xiàn)人物和大自然景物,構(gòu)成了它獨(dú)特的藝術(shù)韻味,使照片產(chǎn)生豐富的藝術(shù)表現(xiàn)力。即使如此,它卻不能把五彩繽紛的彩色世界逼真、豐富地反映出來(lái),也不能滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的需求。 早在1666年,牛頓(I.Nawton1642—1727)就發(fā)現(xiàn)一束太陽(yáng)光通過(guò)棱鏡以后,能折射成紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫的光帶。這說(shuō)明太陽(yáng)光是由各種不同顏色的色光所組成的。這為彩色攝影的構(gòu)思奠定了基礎(chǔ)。 1907年,法國(guó)的留米埃爾公司開(kāi)始研究彩色片。其原理是由紅、綠、藍(lán)三色的微小透明顆粒分布在玻璃感光片上,曝光時(shí),各色影象分別透過(guò)三色微粒,使銀鹽感光,然后采用反轉(zhuǎn)沖洗法使之成為正象,如同今日的幻燈片,此法后來(lái)轉(zhuǎn)變成彩色電視的基礎(chǔ)。1912年,美國(guó)柯達(dá)公司,用上述方法進(jìn)一步研究效果不佳,后來(lái)放棄此法。 1930年,美國(guó)兩位音樂(lè)家曼納斯和小哥多斯基投身彩色攝影的研究工作,與柯達(dá)公司技術(shù)人員合作,在1935年成功地制成柯達(dá)克羅姆彩色膠片,奠定了彩色攝影的基礎(chǔ),開(kāi)始向市場(chǎng)供應(yīng)135彩色膠片。與此同時(shí),矯克發(fā)公司也成功地制造出了新的彩色膠片,它們的不同點(diǎn)是柯達(dá)克羅姆彩色片的化學(xué)染料是在沖洗時(shí)介入膠片內(nèi)的,而矯克發(fā)彩色片是在感光藥膜中含有化學(xué)染料。以后,柯達(dá)公司也采用了矯克發(fā)的方法,1940年推出愛(ài)克泰克羅姆(反轉(zhuǎn)片),1942年又推出柯達(dá)彩色負(fù)片。1948年,美國(guó)波拉羅(Polawoid)公司首先試制成功的一次成象技木,在十幾秒或幾十秒內(nèi)就可直接從照相機(jī)里取出照片,這是攝影史上劃時(shí)代的發(fā)明。 在此基礎(chǔ)上,世界各國(guó)相繼不斷推出各種不同的彩色膠片和彩色相紙。有美國(guó)的柯達(dá),德國(guó)的矯克發(fā),日本的富士、柯尼卡,中國(guó)的樂(lè)凱、申光、福達(dá)等。 隨著現(xiàn)代科技水平的日新月異,微電腦和激光技術(shù)對(duì)攝影術(shù)產(chǎn)生了不可估量的影響,攝影術(shù)已完全進(jìn)入光學(xué),精密機(jī)械,電子技術(shù)緊密結(jié)合的時(shí)代,暗房技術(shù)也逐步實(shí)現(xiàn)高度系列化、機(jī)械化和自動(dòng)化,這些條件的具備簡(jiǎn)化了影像的還原過(guò)程,人們可以免去繁雜的技術(shù)處理,攝影術(shù)已成為人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界的有力工具。 三、全息照相術(shù)的誕生 不論是黑白照相,還是彩色照相,它們得到的景物圖象都是二維空間的平面圖景,要想獲得與原物無(wú)異的立體圖景,全息照相技術(shù)就應(yīng)運(yùn)而生。 早在1948年,匈牙利出生的英國(guó)物理學(xué)家伽柏(Dennis Gabor1900—1979)為了提高電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)就曾提出全息照相的原理,他曾用汞燈作光源拍攝了第一張全息照片,1960年激光出現(xiàn)以后,全息技術(shù)獲得了迅速發(fā)展,現(xiàn)在已是一門(mén)應(yīng)用廣泛的重要領(lǐng)域。 全息照相的“全息”是指物體發(fā)出的光波的全部信息:即包括光波的振幅(或強(qiáng)度)和位相;因而全息照相能再現(xiàn)與原物完全無(wú)異的圖景。 普通照相使用透鏡成象原理,底片上各處乳劑化學(xué)反應(yīng)的深度直接由原物各處的亮度決定,底片上各點(diǎn)的明暗雖直接記錄了相應(yīng)的射入光波的強(qiáng)度,但丟失了入射光光波的位相信息。 由于全息照相的成象原理是把來(lái)自同一激光光源的光分成兩束,其中一束直接照到照相底片上,叫參考光,另一束用來(lái)照明被拍攝物體,物體表面上各處散射的光也射到照相底片上,這部分光叫物光,參考光和物光在底片上各處相遇時(shí)將發(fā)生干涉,所產(chǎn)生的干涉花樣既記錄了來(lái)自物體各處的光波的強(qiáng)度,也記錄了這些光波的位相,但全息照相獲得的底片并不直接顯示物體的形象。 要觀察一張全息照片所記錄的物體的形象時(shí),只需用照明激光沿原參考光的方向照射照片,即可看到在原物位置處的立體形象,而照片就象一個(gè)窗口一樣 科學(xué)家們立即意識(shí)到:全息技術(shù)將會(huì)有一個(gè)十分廣闊的應(yīng)用前景。如全息顯微術(shù)、全息X射線顯微鏡、全息電影、全息電視、全息干涉計(jì)量術(shù)、全息存儲(chǔ),特征識(shí)別等,除了各種光學(xué)全息技術(shù)外,還發(fā)展了紅外、微波、超聲全息技術(shù),這些全息技術(shù)在軍事、偵察或監(jiān)視上具有重要意義。如對(duì)可見(jiàn)光不透明的物體,往往對(duì)超聲波“透明”,因而超聲全息可用于水下偵察和監(jiān)視,也可用于醫(yī)療透視以及工業(yè)無(wú)損探傷等。 由于全息技術(shù)這些誘人的應(yīng)用前景,立即引起人們廣泛的興趣和極大的注意力,科學(xué)家們正在致力于開(kāi)拓這一應(yīng)用領(lǐng)域。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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