1、針孔照相機(jī)的設(shè)計(jì)、制作和使用背景資料1知識(shí)背景：什么是針孔照相機(jī)：針孔照相機(jī)是一種古老的成像工具，它不需要鏡頭、反光鏡或其它任何光學(xué)部件，而是讓光線(xiàn)穿過(guò)一個(gè)小孔，在暗箱形成外部景物的倒像。小孔成像基本原理：在較暗的屋子里，把一支點(diǎn)燃的蠟燭放在一塊半透明的塑料薄膜前面，在它們之間放一塊鉆有小孔的紙板。塑料薄膜上就出現(xiàn)燭焰的倒立的像(見(jiàn)圖),這種現(xiàn)象表明了光沿直線(xiàn)傳播，這就是小孔成像基本原理。小孔成像實(shí)例：在自然界中也常?？梢杂^察到小孔所成的像。當(dāng)燦爛的陽(yáng)光透過(guò)濃密的樹(shù)葉斜射在地面上的時(shí)候，你會(huì)在地面上看到許多搖曳的光斑。有趣的是不管樹(shù)葉交織成 的小孔是什么形狀，每個(gè)光斑都是圓的，這是為什么呢？原

2、來(lái)，這是太陽(yáng)穿過(guò)小孔所成的像。太陽(yáng)是一個(gè)球體，所以它的像總是圓的。要是某一天發(fā)生了日偏食，太 陽(yáng)缺了一部分，那時(shí)候才會(huì)形成許多奇異的月牙形的光斑（見(jiàn)圖）在一定的時(shí)刻，光線(xiàn)通過(guò)隧道在對(duì)面的山上會(huì)形成倒置的影像。在生活中也可以看到小孔成像，當(dāng)你進(jìn)入到一間較暗的房間，通過(guò)鑰匙孔，可以在墻壁上看到外面投入的倒置影像。小孔成像歷史沿革：我國(guó)古代在公元前4世紀(jì)，墨翟就做過(guò)針孔成像的實(shí)驗(yàn)，并給予分析和解釋。墨經(jīng)中明確地寫(xiě)道：景到（倒），在午有端，與景長(zhǎng)，說(shuō)在端。這里的 午即小孔所在處。這段文字表明小孔成像的是倒像，其原因是在小孔處光線(xiàn)交叉的地方有一點(diǎn)（端），成像的大小，與這交點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。從這里也可以清楚

3、看到，古人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到光是直線(xiàn)行進(jìn)的，所以常用射來(lái)描述光線(xiàn)徑直向前。北宋的沈括在夢(mèng)溪筆談中也記述了光的直線(xiàn)傳播和小孔成像的實(shí)驗(yàn)。他首先直接 觀察在空中飛動(dòng)，地面上的影子也跟著移動(dòng)，移動(dòng)的方向與飛的方向一致。然后在紙窗上開(kāi)一小孔，使窗外飛鳶和樓塔的影子呈現(xiàn)在室內(nèi)的紙屏上面，沈括用針孔成 像的原理來(lái)解釋所觀察到的結(jié)果：若鳶飛空中，其影隨鳶而移，或中間為窗所束，則影與鳶相連，鳶東則影西，鳶西則影東。又如窗隙中樓塔之影，中間為窗所束， 亦皆倒垂。 歐洲十六世紀(jì)文藝復(fù)興時(shí)代，有許多宮廷畫(huà)家就采用這種方法進(jìn)行繪畫(huà)。十九世紀(jì)達(dá)-芬奇和其他畫(huà)家也用小孔成像原理作為繪畫(huà)的暗箱。（見(jiàn)圖）中國(guó)古代針孔成像實(shí)驗(yàn)示意圖世

4、界最早的暗箱圖解（1544年)針孔照相機(jī)的今日發(fā)展：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以照相機(jī)為載體的攝影技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)發(fā)達(dá)。如自動(dòng)卷片、自動(dòng)測(cè)光、自動(dòng)對(duì)焦、膠卷的自動(dòng)識(shí)別、低色散鏡片、鏡片多層涂膜技術(shù)等 等。數(shù)碼攝影的興起，更是對(duì)傳統(tǒng)攝影是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。但是，任何先進(jìn)的照相機(jī)成像原理都是和針孔照相機(jī)一樣的，只不過(guò)在小孔的位置用鏡頭進(jìn)行了替換，而 且都是從最簡(jiǎn)單的針孔成像的原理發(fā)展而來(lái)的。世界各地，仍有許多針孔攝影愛(ài)好者，用他們制作的千奇百怪針孔照相機(jī)拍攝他們心目中的攝影作品。他們成立了針孔攝影組織，組織全球針孔攝影日，2002年4月28日是第二屆全球針孔攝影日，并有海報(bào)和徽標(biāo)（見(jiàn)圖）。世界各地?cái)z影家在

5、這一天24小時(shí)內(nèi)，用針孔照相機(jī)拍攝針孔照片。中國(guó)針孔攝影家史國(guó)瑞先生將長(zhǎng)城烽火臺(tái)包裹起來(lái)，當(dāng)做一個(gè)天然的大針孔照相機(jī)，來(lái)拍攝一張大的針孔長(zhǎng)城影像作品。 2、方法背景：針孔照相機(jī)制作非常容易，生活中有許多（廢棄）物品可以改制成針孔照相機(jī)，有許多材料可以制作成針孔照相機(jī)，制作出有特殊想象力針孔照相機(jī)可以拍攝出連現(xiàn)代高級(jí)照相機(jī)也拍不出的攝影作品。制作方法和要求：可以根據(jù)學(xué)生不同程度和年齡，設(shè)計(jì)、制作針孔照相機(jī)和拍攝針孔攝影作品，可以分如下四個(gè)層面。第一層面：尋找生活中不同的物品進(jìn)行改裝，看到針孔形成的影像。如用飲料罐、牛奶盒、奶粉罐等等（見(jiàn)圖）。在容器的一端用10號(hào)縫衣針戳一個(gè)小孔，相對(duì)一端用刀片挖

6、去一塊，蒙上硫酸紙，對(duì)著景物，就能在硫酸紙觀察到一個(gè)倒立的影像。（見(jiàn)圖）第二層面：使用規(guī)定材料進(jìn)行制作簡(jiǎn)易針孔照相機(jī)為學(xué)生提供一張A4（21厘米29.7厘米）大小的黑卡紙進(jìn)行制作，根據(jù)小孔成像的原理，并提示學(xué)生充分利用到黑卡紙，制作出觀察到影像非常清晰銳利的針孔照相機(jī)。并能根據(jù)焦距的長(zhǎng)短和孔徑的大小，使觀察到的影像可以變大或縮小。 第三層面：能將上述的針孔照相機(jī)拍攝照片：將制作好上述的針孔照相機(jī)，不挖去原來(lái)蒙硫酸紙的位置，用攝影用黑白照相紙（2號(hào)或3號(hào)印相紙）進(jìn)行替換。此過(guò)程要在開(kāi)有紅燈的暗室內(nèi)操作，用黑紙片封住前端小孔（見(jiàn)圖）， 做到針孔照相機(jī)其余部分不漏光。然后將針孔照相機(jī)拿到外面去對(duì)著景

7、物，揭去封住前端小孔的黑紙片進(jìn)行曝光，相當(dāng)于現(xiàn)代照相機(jī)的快門(mén)。曝光時(shí)間決定于照相紙 的感光性能、針孔的直徑大小和光線(xiàn)的強(qiáng)弱。通過(guò)觀察、試驗(yàn)、記錄、計(jì)算和分析。探求出最佳的孔徑直徑大小和光線(xiàn)的強(qiáng)弱等一系列的關(guān)系。一般針孔照相機(jī)的曝 光時(shí)間比較長(zhǎng)，所以在拍攝時(shí)要將照相機(jī)固定住。將曝光后有潛影的照相紙?jiān)诩t色燈光房間內(nèi)進(jìn)行顯影、定影和水洗。顯影液和定影液可用市售小包裝的顯影粉和定 影粉配置。沖洗后得到圖象與原先景物相反的影像（即負(fù)像）。如要得到正像，可用實(shí)物投影儀進(jìn)行圖像反轉(zhuǎn)，或掃描輸入電腦，用處理圖像軟件進(jìn)行反轉(zhuǎn)。第四層面：用設(shè)計(jì)和制作的針孔照相機(jī)進(jìn)行攝影創(chuàng)作為了要保證圖像的大小和圖像的銳利和清晰，

8、在拍攝之前就能知道拍攝后的結(jié)果。必須對(duì)針孔照相機(jī)有設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)針孔有選擇，如針孔的形狀必須非常的圓、 確定合適的針孔直徑、如何測(cè)量針孔的方法。測(cè)定針孔相機(jī)的焦距、根據(jù)光線(xiàn)和感光材料計(jì)算出曝光時(shí)間一系列數(shù)據(jù)問(wèn)題?，F(xiàn)在世界至少有50多個(gè)公式來(lái)確定合適 的針孔直徑，下面就推薦一例：最佳孔徑（mm）=1/25-針孔照相機(jī)的焦距 可以用一定感光度的黑白膠片拍攝后負(fù)片沖印和印制或放大成照片。沖洗黑白負(fù)片一般使用D-76顯影液，沖洗黑白照片一般使用D-72顯影液。F-5定 影液可以共用。沖洗黑白負(fù)片要在全黑的環(huán)境下進(jìn)行，詳細(xì)記錄每次沖洗時(shí)間和溫度，并和拍攝時(shí)曝光時(shí)間綜合分析，得到最佳沖洗時(shí)間和溫度。并對(duì)攝影

9、的作品有 美學(xué)上的要求。下面圖片供制作時(shí)參考（尺寸大小學(xué)生可以在設(shè)計(jì)中自我決定） 針孔照相機(jī)拼裝圖針孔照相機(jī)形狀圖3、設(shè)計(jì)理念1、整個(gè)活動(dòng)通過(guò)四個(gè)層面，由較為淺顯學(xué)生感興趣的制作方法入手，逐步向縱深發(fā)展的過(guò)程。保持良好的學(xué)習(xí)狀態(tài)。2、活動(dòng)運(yùn)用到了物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、攝影、勞動(dòng)技術(shù)課程等多方面的知識(shí)和能力。3、以學(xué)生發(fā)展為本，活動(dòng)和設(shè)計(jì)過(guò)程要以學(xué)生為主體的教學(xué)過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，自主性探究、發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造能力。4、教師在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中，要采用多種媒體的教學(xué)手段和多種活動(dòng)形式，不斷引導(dǎo)學(xué)生制作追求有質(zhì)量意識(shí)和外觀設(shè)計(jì)有美學(xué)元素的能力。 5、制作和拍攝完成以后，要以個(gè)人、小組或班級(jí)

10、為單位進(jìn)行展示、展覽和評(píng)比等各種評(píng)價(jià)手段。4、重要詞匯物距、焦距、焦點(diǎn)、曝光、潛影、負(fù)像、正像課程目標(biāo)1、通過(guò)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的科學(xué)態(tài)度，對(duì)科學(xué)技術(shù)思考和探索的精神。2、通過(guò)活動(dòng)激發(fā)學(xué)生求知的欲望、創(chuàng)造性思維能力和初步設(shè)計(jì)能力。3、通過(guò)活動(dòng)使學(xué)生了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)和技術(shù)制作的基本流程,有對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量意識(shí)。4、學(xué)會(huì)一些常用工具的使用技術(shù)，有測(cè)量、記錄、描述和繪制等技能。5、通過(guò)活動(dòng)可以提高學(xué)生觀察能力與分析問(wèn)題的能力，運(yùn)用科學(xué)的客觀標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)科 學(xué)發(fā)生的現(xiàn)象和事物。6、培養(yǎng)學(xué)生即要有獨(dú)立的思維能力又要與他人合作的團(tuán)隊(duì)精神。7、學(xué)習(xí)初步的外觀美學(xué)設(shè)計(jì)，通過(guò)自己制造的產(chǎn)品-照相機(jī)能拍出美的攝影作品和對(duì)美

11、好事物的追求?；顒?dòng)方案一、示范性活動(dòng)方案：1、適用對(duì)象：C 段（10-12歲）體驗(yàn)性參與（可參與活動(dòng)中的第一和第二層面） D 段（13-15歲）探究性參與（可參與活動(dòng)中的前三和層面）E 段（16-18歲）設(shè)計(jì)型參與（重點(diǎn)對(duì)第四層面的實(shí)踐和對(duì)拓展性活動(dòng)方案實(shí)踐）2、適用建議：學(xué)校課堂、興趣小組、家庭、青少年科技活動(dòng)場(chǎng)所3、活動(dòng)目的：1）過(guò)制作活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生不循舊規(guī)，感于創(chuàng)新的精神。2）通過(guò)活動(dòng)讓學(xué)生對(duì)物理光學(xué)的知識(shí)，解釋照相機(jī)、放大鏡、人眼視物等原理和對(duì)化學(xué)感光知識(shí)有進(jìn)一步的了解。3）培養(yǎng)學(xué)生的初步設(shè)計(jì)能力和審美意識(shí)的提高。4、活動(dòng)所需資源：a)學(xué)生用活動(dòng)器材：各式空容器（學(xué)生自己準(zhǔn)備）、10號(hào)縫

12、衣針、A4黑卡紙、硫酸紙（描圖紙）、3-5mm厚桐木板、鋁片（可樂(lè)罐替代）、黑板漆、膠水、雙面膠帶、剪刀、刀片、尺、3號(hào)印相紙、黑白膠卷、顯影和定影液等。b)教具和設(shè)備：投影儀、演示用照相機(jī)、溫度計(jì)、紅燈泡、窗簾、水源、容器等。c)活動(dòng)場(chǎng)地：實(shí)驗(yàn)室或普通教室（用窗簾擋住門(mén)窗可改為臨時(shí)暗室）分組活動(dòng)、有攝影暗室條件最好。5、活動(dòng)內(nèi)容：a)發(fā)揮想象使用各種材料設(shè)計(jì)和制作針孔照相機(jī)和拍攝不同的針孔攝影作品。b)展示自己的攝影作品和自己的針孔照相機(jī)。c)根據(jù)活動(dòng)內(nèi)容可開(kāi)展系列性活動(dòng)。6、活動(dòng)過(guò)程：活動(dòng)一：用各式各樣的容器空罐或包裝盒制作針孔照相機(jī)用多媒體演示針孔照相機(jī)的古今中外的歷史。用有鏡頭的照相機(jī)

13、演示成像的原理和演示針孔照相機(jī)的基本原理。同學(xué)分組將自己帶來(lái)的各種容器罐制作針孔照相機(jī)。告訴學(xué)生小孔不能戳得太大，小孔要取在“觀察屏”中央。否則不能看到完整畫(huà)面。觀察時(shí)，小孔要對(duì)著亮的地方，“觀察屏”要在比較暗的地方，可用較厚衣服蒙著觀察。1、簡(jiǎn)易的針孔照相機(jī)：第一次制作記錄第二次制作記錄材料名稱(chēng)質(zhì)地尺寸（mm）小孔到觀察屏距離圖像大小圖像清晰度2、對(duì)觀察到的影像進(jìn)行簡(jiǎn)單描述：活動(dòng)二：用規(guī)定材料制作針孔照相機(jī)。提問(wèn)：上次制作的觀察屏有多大？實(shí)際景物圖像有多大？針孔到圖像的距離（焦距）是多少？用A4黑卡紙（21.0cm29.7cm），也可以用其它標(biāo)準(zhǔn)。盡材料的最大尺寸設(shè)計(jì)和制作一個(gè)針孔照相機(jī)，要

14、求是景物影像要充滿(mǎn)硫酸紙觀察屏和較大的圖像。小孔要求小和圓，小孔周?chē)灰忻?，有毛刺要將它修平，否則要影響到圖像的銳度和清晰度。A4黑卡紙?jiān)O(shè)計(jì)的針孔照相機(jī)展開(kāi)圖：?jiǎn)挝唬簃m 以上展開(kāi)圖僅參考，也可自行設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者- - 日期-活動(dòng)三：用自制的針孔照相機(jī)拍攝針孔照片。 用第一次或第二次活動(dòng)的方法，制作一個(gè)針孔照相機(jī)，觀察屏不要挖去，做到除小孔以外的任何部分不漏光。內(nèi)壁如不是黑的，為防止反光，就用黑板漆涂 于內(nèi)壁表面。將照相紙裁成比觀察屏大一些，在開(kāi)有紅燈的的室內(nèi)，將它粘于原來(lái)的觀察屏位置。注意不要將背面和藥膜面搞錯(cuò)。整個(gè)針孔照相機(jī)不能漏 光，再用一張小的黑紙片封住針孔。拿到室外，對(duì)著景物，固定

15、照相機(jī)，揭去小孔前的黑紙片進(jìn)行曝光。曝光時(shí)間由照相紙性能、針孔大小、光線(xiàn)的強(qiáng)度決定，需要 試驗(yàn)決定。并做每次的記錄。然后拿曝光后的針孔照相機(jī)到暗室內(nèi)，拆開(kāi)照相機(jī)，取出有潛影的照相紙，防入顯影液中顯影，邊顯影邊觀察，顯到合適為止，再定影10分鐘。水洗、晾干即可。將得到的負(fù)像掃入電腦或用實(shí)物投影儀進(jìn)行反轉(zhuǎn)，就可以得到正像了。1、用針孔照相機(jī)拍攝照片：材料天氣照相紙景物焦距曝光時(shí)間顯影時(shí)間第一次第二次第三次第四次.2、描述照片的特征：3、分析照片拍攝和制作質(zhì)量：活動(dòng)四：計(jì)算、設(shè)計(jì)、測(cè)量和制作針孔照相機(jī)。每個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)出草圖并制作一個(gè)針孔照相機(jī)，除美觀拍攝裝片方便外，還有考慮焦距與小孔的直徑和形光圈等之

16、間關(guān)系（參考計(jì)算公式和后表）。并能計(jì)算出在不同光線(xiàn)下曝光值。 1、設(shè)計(jì)（草）圖：（有平面圖、有立體圖）單位：mm 設(shè)計(jì)者： 日期：2、針孔的直徑是多少？3、光圈的值是多少？活動(dòng)五：用針孔照相機(jī)拍攝攝影作品。將制作的針孔照相機(jī)裝120膠片（如設(shè)計(jì)成單張的要將膠卷裁下），裝膠卷的過(guò)程中要在全黑的條件下操作。潛影的膠片用D-76配方?jīng)_洗，負(fù)像可印制或放大成照片。將小組（班級(jí)）拍攝后的攝影作品進(jìn)行展覽和評(píng)比。用120樂(lè)凱黑白膠卷（ISO 100）在不同的天氣曝光應(yīng)是多少？晴少云多云陰景物1景物2.從技術(shù)和藝術(shù)質(zhì)量分析針孔攝影作品：7、活動(dòng)評(píng)價(jià)（學(xué)生）：活動(dòng)結(jié)果是分值活動(dòng)過(guò)程中分值活動(dòng)方法分值外部形態(tài)（

17、20）資源應(yīng)用（20）方法科學(xué)（20）科學(xué)合理（20）程序連貫（20）主體作用（20）拍攝結(jié)果（20）知識(shí)運(yùn)用（20）群策群力（20）循序漸進(jìn)（20）思維活躍（20）設(shè)計(jì)理念（20）學(xué)生收獲（20）善于創(chuàng)新（20）經(jīng)驗(yàn)總結(jié)（20）二、指導(dǎo)性活動(dòng)方案：1、史國(guó)瑞先生把長(zhǎng)城烽火臺(tái)包裹成他的大型針孔照相機(jī)，焦距是2900 mm，在實(shí)際拍攝時(shí)也可能會(huì)做適當(dāng)調(diào)整。感光材料為英國(guó)產(chǎn)(kentmere)黑白紙基相紙(FB)1100mm4000mm，感光度ISO 8 ; 或黑白涂塑相紙(RC)1290mm4000mm，感光度ISO 8。2、測(cè)量針孔直徑的方法：用學(xué)校的生物顯微鏡（顯微鏡鏡體上標(biāo)有放大倍數(shù)）。

18、用幻燈機(jī)或投影儀，并通過(guò)計(jì)算能獲得針孔的直徑。3、如何計(jì)算光圈值：光圈值=焦距/針孔直徑4、 焦距、小孔孔徑、光圈參考數(shù)據(jù)一覽表：焦距mm孔徑mm光圈焦距mm孔徑mm光圈焦距mm孔徑mm光圈50.0956950.392443750.77484100.13791000.402504000.80500150.15971100.422624250.82515200.181121200.442744500.85530250.201251300.462854750.87545300.221371400.472965000.89559350.241481500.493065500.94586400.251

19、581600.513166000.98612450.271681700.523266501.02637500.281771800.543367001.06661550.301851900.553457501.10685600.311942000.573548001.13707650.322022250.603758501.17729700.332092500.633959001.20750750.352172750.664159501.23771800.362243000.6943310001.26791850.372303250.72451900.382373500.754685、 幾種類(lèi)型針孔照相機(jī)：三、拓展