拓展6.2 (2025·南通市直学校期中)跨学科实践——研究制作“鉴往知来投影盒”
【任务要求】本项目旨在循着古人的智慧，从《墨经》记载的小孔成像出发，探索光影的奥秘，并最终制作一个能将传统窗花等图案清晰投影的“鉴往知来投影盒”.
【设计与实施】
任务一：古法重现. 如图甲所示，同学们在暗室中，将点燃的蜡烛、开有小孔的纸板和毛玻璃屏依次放置，成功再现了《墨经》中记载的“景倒”现象.

任务二：承前启后. 为使成像更明亮，同学们在小孔上下对称的位置a、b，再开两个小孔，此时光屏上观察到3个像，像的亮度基本不变. 在a、b处放置相同的三棱镜，适当左右移动毛玻璃，同学们观察到了一个清晰的稍明亮的像. 在a、b之间再开几个小孔，并放入合适的三棱镜，像更亮了一些.
任务三：继往开来. 基于以上探究，他们推理，若在a、b间开一个大圆孔，并放入一个合适的凸透镜代替所有的三棱镜，移动毛玻璃，像会更亮.

为了验证以上推理，他们制作了投影盒，如图乙所示，将透明窗花、带孔的不透明纸板、凸透镜，安装在投影盒的卡槽中，改变投影盒到墙壁的距离，找到清晰的像. 减小投影盒与墙壁的距离，看到“像”更小更亮.
如图丙所示，纸板上每个孔的大小约为4~
114 假如我有一些能力的话，我就有义务把它献给祖国
$8\ \mathrm{cm}^2$，凸透镜的焦距分别是5 cm、10 cm、20 cm. 将不同的纸板、凸透镜分别插入对应卡槽，多次实验并进行对比验证.

【交流与评价】下表是投影盒制作和使用的评价指标.

同学们对实践活动进行了交流和评价.
(1)任务一中，毛玻璃上成倒立、的实像.
(2)任务二中，a、b处三棱镜放置的方式可能是图丁中的. a、b间三棱镜对光的偏折程度比a、b处的要(填“大”或“小”).

(3)任务三中，将焦距为5 cm的透镜、①号纸板、透明剪纸插入卡槽，改变投影盒到墙壁的距离，墙壁出现清晰的像. 若换用②号纸板，墙壁将出现个清晰的像. 使用号纸板，墙壁有清晰且最亮的像. 若换用焦距为10 cm的透镜，需要(填“远离”或“靠近”)墙壁，才能得到清晰的像.
(4)根据评价表，你对投影盒制作和使用的评价等级是，依据是. 请对本实践活动提出一个优化建议：.
—卡尔·冯·林奈

拓展6.2 (1)缩小 (2)B 小 (3)1 ④ 远离 (4)良好 物距不方便调节 将固定夹改为可移动,来改变物距,可实现图像大小可在规定范围内调节,图像清晰
解析：(1)任务一描述的是小孔成像实验.小孔成像的原理是光的直线传播,所成的像是倒立的实像.像的大小与物体到小孔的距离(物距)和光屏到小孔的距离(像距)有关.当像距大于物距时,成放大的像;当像距小于物距时,成缩小的像;当像距等于物距时,成等大的像.图甲中像距小于物距,因此成缩小的像.(2)任务二的目标是将多个小孔成的像会聚到一点,形成一个更亮的像.凸透镜对光有会聚作用,可以看作是由许多三棱镜组合而成的,其边缘部分的三棱镜底边朝向中心.为了使a、b两处小孔射入的光线向中心会聚,应放置底边相对的三棱镜.a处的光线需要向下偏折,应放置底边向下的三棱镜(尖朝上);b处的光线需要向上偏折,应放置底边向上的三棱镜(尖朝下).因此,图丁中的B选项符合要求.凸透镜可以看作是由许多三棱镜组成的,越靠近中心(光心)的部分,其表面越平坦,相当于三棱镜的顶角越大,对光的偏折能力越弱.因此,a、b之间的三棱镜比a、b处的三棱镜更靠近中心,其对光的偏折程度要小.(3)投影盒的原理是凸透镜成像.透明剪纸是物体,墙壁是光屏.①号纸板只有一个孔,相当于一个完整的凸透镜,因此在墙上成一个清晰的像.换用②号纸板,它有两个孔,相当于将一个凸透镜分成了两个部分,但每一部分仍然是一个凸透镜,都能独立成像.但这两个像会重叠在一起,墙壁将出现1个清晰的像.像的亮度取决于通过凸透镜的光通量.在焦距相同的情况下,透镜的有效通光面积越大,成的像越亮.对比①、②、③、④号纸板,④号纸板的孔面积最大,允许通过的光最多,因此成的像最亮.根据凸透镜成像规律"物近像远像变大",当物距(透明剪纸到凸透镜的距离)不变时,换用焦距更长的凸透镜(从5 cm换成10 cm),相当于减小了物距,像距会变大.因此,为了在墙壁上得到清晰的像,需要增大像距,即让投影盒远离墙壁.(4)实验中将不同的纸板、凸透镜分别插入对应卡槽,物距不方便调节,故由参考评价指标可知投影盒制作和使用的评价等级为良好.优化建议:将固定夹改为可移动,来改变物距,可实现图像大小可在规定范围内调节,图像清晰.