光学实验设计
验
报
告 姓名:
＊＊* ＊＊
：
班级：
＊* ＊* ＊
：
学号：
＊* ＊＊＊
：
实验成绩：
同组姓名：
＊＊* ＊
实验日期：* ＊＊* ＊
指导教师:
批阅日期：
偏振光学实验
【 实验目得 】。观察光得偏振现象, , 验证马吕斯定律;;
2..了解1 ／ 2 波片、１ １ ／ 4 波片得作用;;．掌握椭圆偏振光、圆偏振光得产生与检测..【实验原理】1 ．光得偏振性
光就是一种电磁波,由于电磁波对物质得作用主要就是电场，故在光学中把电场强度 E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向得平面内，光矢量可能有不同得振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上得状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动,这种振动状态称为平面振动态,此平面就称为振动面（见图 1)。此时光矢量在垂直与传播方向平面上得投影为一条直线,故又称为线偏振态.若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘得轨道为一个圆,这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转得轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态(见图 2）.2。偏振片
虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光,目前广泛使用得偏
振光得器件就是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质,在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上得分量，而通过其垂直分量,从而使入射得自然光变为偏振光,介质得这种性质称为二向色性.）.偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏,也可以用来鉴别线偏振光、自然光与部分偏振光—-检偏。用作起偏得偏振片叫做起偏器,用作检偏得偏振器件叫做检偏器。实际上,起偏器与检偏器就是通用得。．马吕斯定律
设两偏振片得透振方向之间得夹角为α，透过起偏器得线偏振光振幅为A０,则透过检偏器 得线偏振光得强度为I
式中I０ 为进入检偏器前(偏振片无吸收时)线偏振光得强度。椭圆偏振光、圆偏振光得产生；1/2
波片与1/4
波片得作用
当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴得晶片时，若其振动面与晶片得光轴成α角，该线偏振光将分为e 光、o 光两部分,它们得传播方向一致，但振动方向平行于光轴得e 光与振动方向垂直于光轴得o
光在晶体中传播速度不同，因而产生得光程差为
位相差为
式中nｅ 为e 光得主折射率, ｎ o 为o 光得主折射率（正晶体中，δ 〉0,在负晶体中δ ＜0）。d 为晶体得厚度，如图４ 所示。当光刚刚穿过晶体时,此两光得振动可分别表示如下:
式中
轨迹方程
原理图
全波片／2 波片
1/4 波片
【实验数据记录、实验结果计算】
说明：以下得所有测量数据中, , 电流得单位为，角度得单位为角度..． 验证马吕斯定律
角度
420、989074
０、９56773
0、、904 ５090、8345６6
０、７5
０、6545090、552265
电流 ０、209 0、2 ０6 0、201 0、190 ０、１７5 0、１57 0、137 0、１1５ 角度 48 54 6
０、4 ４77 ３6
０、３4549 ２
0、２５0001
0、、165 ４35
0、、095 ４92
0、、043 ２2 ８
0、０10９２6
０
电流 0、０9４ 0、071 0、052 0、034 0、０18 0、0 ０７ 0、000 0、00 ０ 角度 ９6 １
１2 ６ 132 1 ３８0、0 １092 ６
0、、0 ４32２7
０、095491
０、1 ６5433
0、、249 ９980、34 ５490、44 ７73 ４0、552 ２62
电流 0、000 0、0 ０７ ０、01８ 0、０３3 0、０４9 ０、0 ６９ 0、0 ９２ 0、113 角度 １４4174 1800、、65450６
０、74 ９9 ９8
0、８34564
０、904５０70、9 ５677 ２0、98 ９07 ３
电流 0、1 ３7 0、15 ６ ０、176 0、19 １ 0、202 0、209 0、２09
作得函数图像：
Origin 得数据分析：
Li ｎear Reg ｒｅssion through
ｏr ｉgin for
DAT Ａ２_B ：
Y = B ＊ X Par ａm ｅt ｅrａVﻩ ａlue Err ｏr －-——--— －————-——-——-----－-—-－—-－—---－— －-—--—-－———-—---—-－-－— － Ａ Ａ－—ﻩ0ﻩ － Ｂ 0、2 ０928、4ﻩ、62 ３４3 Ｅ-４ —-——-————— －-－—--—-— －－－--－— －—— －—--———-—-—-— －-－-－---－－－—-— －— －-Ｒ ＲＮﻩDSﻩ Ｎ P
——--— －-—--－－---—-—-———-——-－－－－－－— －-——--—-－-－——-－—-－———-— －—-－ ０、99991、0ﻩ、00162 ３1 <0、0001 — －－－－—— －— －-—--－—--—---—-—-——-—--——-－— －－--－－———---－-— －-－————— 从以上得分析可知，电流大小 I 关于两偏振片得夹角余弦得平方得数据点得直线拟合得相关系数ｒ=0、、99 １91,。
可知实际测得得数据点与理论值匹配。． 线偏振光通过 1/2
波片时得现象与 1 ／2 波片得作用／2
波 波 片转过角度
初始 1
７0 ８０ 90 检偏器 A 转过角度
140-—— —-— 检偏器得角度差
--—
0 ２０ —---—-说明:最后两个数据没测，就是因为在做得时候一时疏忽了，最后想要补做时,时间已晚,老师建议我们不做了。
检偏器得平均角度差 度 由上面得数据可以明显地瞧出,１/2 波片每转 10 度,检偏器就需要转 20 度,与理论值吻合。
观察: :检偏片固定,将1/2 波片转过3６0°，能观察到4次消光;1/2 波片固定，将检偏片 转过 3６０°,能观察 2 次消光.由此分析线偏振光通过１／2 波片后，光得偏振状态就是:光得偏振面偏离原来得角度就是波片光轴偏离角度得 2 倍.3 ． 用 用 1 ／４ 波片产生圆偏振光与椭圆偏振光
波片转 20 度 角度
电流 0、０32 0、02 ２ ０、０1６ 0、０18 0、02 ７ 0、041 0、059 0、、0 ７８ 角度 8
０ １30 140 1 ５0
电流 0、097 0、11 ４ 0、126 0、132 0、130 0、122 0、108 ０、090 角度 160 １7
0 ２20 230 电流 0、07 ０ ０、０51 0、0 ３4 0、023 0、、0 １７ 0、0 ２0 ０、029 0、0 ４4 角度 24
290 ３00 31 ０ 电流 0、0 ６5 0、08 ５ ０、105 ０、12３ 0、134 ０、13８ ０、13６ 0、125 角度 3 ２０
电流 0、1 １０ 0、090 ０、069 0、050 ０、032
作角度与电流得极坐标函数图：
Ｉ～
在此基础上作振幅与角度得函数图:A~
分析:可以瞧出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形,在检偏器所转得０～360 度之间,共达到两次消光,两次最大值，这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。实验数据图中可以瞧出，图像少有倾斜，在２０度与２00 度左右达到真正消光，这就是因为初始角度原因。
波片转 45 度 角度
６0 70 电流 0、0 ８1 0、081 0、080 0、0 ７9 0、07 ８ ０、0 ７６ 0、07 ４ 0、07 １ 角度 ８
0 1 ３0 1 ４０ １5 ０ 电流 0、０70 ０、0 ６9 0、０７0 0、06 ９ 0、070 0、072 0、073 0、075 角度 16 ０ 17
0 ２20 230 电流 0、07 ８ 0、0 ８0 0、082 0、084 0、、0 ８４、０、0 ８3 0、０82 0、、0 ８０ 角度 2 ４
29 ０ 30 ０ 31 ０ 电流 0、０78 0、076、０、0 ７4 0、0 ７3 ０、０7２ 0、0 ７2 0、072 0、０7３ 角度 3 ２
电流 0、0 ７４ ０、076 0、077 ０、０79、０、0 ８1
作角度与电流得极坐标函数图：I ～
在此基础上作振幅与角度得函数图：A ～
分析：从图像中可以瞧出,函数形状成近乎圆得椭圆,理论上应该就是圆，还就是非常接近理论值。数据在 1１０度与 290 度左右但到最小值，在２0 度与 2０0左右达到最大值,这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。误差会在后面误差分析部分讨论。
【对实验结果中得现象或问题进行分析、讨论】
1.在做验证马吕斯定律得实验时，由于第一遍测量时出错，导致实验得重做，所以在预习报告上有大量修改得痕迹。但就是,最后得到得结果非常准确,拟合度极高，也使得多花去得时间很值得.2.在这里我想重点讨论以下这个实验得一个误差。上面得种种实验皆反映了在消光点得角度误差，而且这个误差不小。误差现象为：在消光点附近得１0度左右得范围内，电流计得示数皆为 0,所以无法准确地找出消光点得角度。所以实验作出得函数图都有一定得倾斜。
在这里提出自己认为可以在一定程度上消除这个误差得方法：缓缓旋转检偏器，记下电流值为０得区间，取这个区间得中点为消光点。
3.误差来源还有旋转得转向误差，这就是由于齿轮之间得间隙引起得。误差避免方法：只朝同一方向旋转.4.手电筒一类得误差:用手电在照波片或检偏器上得刻度时，会导致进入检测器
得光强增大，导致电流值增大;手在旋转波片或检偏器时容易将入射光挡住，导致进入检测器得光强减小。误差避免方法：每次测量电流时，使手与手电远离测量装置。
5.上面得 A~图中得Ａ不就是实际得Ａ值,而就是Ａ得一个固定得倍数,改图得作用仅仅就是反映偏振光得振幅随着检偏器得角度得相对变化。
【附页】
思考题
１．求下列情况下理想起偏器与理想检偏器两个光轴之间得夹角为多少？（1)透射光就是入射自然光强得1/3。
（２）透射光就是最大透射光强度得１/３。
答：（1）因为自然光通过偏振片后，光强减为原来得一半,所以 得,。
（２)直接有马吕斯定律: 得。
2.如果在互相正交得偏振片 P 1 与 P 2 中间插进一块1/4 波片，使其光轴跟起偏器 P １ 得光轴平行，那么透过检偏器 P 2 得光斑就是亮得？还就是暗得？为什么?将 Ｐ 2 转动90°后，光斑得亮暗就是否变化？为什么？ 答：因为波片光轴与起偏器平行，检偏器由与之正交，所以光斑就是暗得。将其转过90度后，两者平行，所以光斑就是明亮得.4． 在第 2 题中用 1／2 波片代替 1/４ 波片，情况如何? 答：情况与 1/4 波片相同。
实验感想
这次实验就是我做得第 3 个实验，第２个光学实验。在这次实验中竟然就是最后一个完成。原因就是在实验中有两次测量失败,不得不重做.虽然就是最后一个做完,但就是在数据分析方面还就是发现自己得数据还就是测量得很出色得，自己在写实验报告得过程中也尽量使用计算机,锻炼了自己各方面得能力。助教老师也对我得实验报告得风格以及我们小组得实验敬业度给与了认可。
一、基本思路
本实验仪设计基本思路如下:把光学元件放在特定的介质中(如烟气等)，利用激光光源产生高亮度光线，当光线经过光学元件时可以看到清晰的光路，这样可以更直观、形象地演示光的折射、反射以及模拟光学装置，利用实验装置上的测量装置可以测出光学元件的焦距、反射角等，这样可以更准确、便捷地测量光学元件的焦距、折射率．
二、设计方案
本实验仪由发光装置、光路显示装置和测量装置三部分组成．
1．发光装置
所用光源为激光发射器，因为激光能够产生比白炽灯亮度更高，光路更清晰的光线，其可见性强，所以我们能清楚的看见光路走向，便于测量．发射装置由几个激光发射器组成，可调节光线的方向和角度，既可以让几束光线平行也可以使其成一定的角度．激光发射器装在可遥感平台上，即可调节装置高度又可转动装置方向，如图1所示．
2．光路显示装置
从第一装置出来的激光进入第二个装置，即光路显示装置(图2)．该装置是一个可以密封而且黑暗的装置，里面可以充入一定的胶体，我们的特殊胶体材料采用烟气．因为烟气比较轻而均匀，浓度适合时能见度大，并且光在烟气中传播时能量损失小，所以运用烟气作为胶体能清晰地看见光线，可以观察到明显的光路现象．事先我们把光学元件固定在此光路显示装置中，当光经过光学元件时光路就能清晰的展现在我们面前．
3．测量装置
实验仪的测量装置如图3所示，在装置壁上安装测量长度的装置，而在此底部安装测量光路角度的另一装置，通过读出光路在此装置中的光线长度和角度，我们就能计算出光学的各种参数了．
三、应用说明
本实验仪器可以更直观、形象地演示光的直线传播、折射、反射以及模拟光学装置，利用实验装置上的测量装置可以测出光学元件的焦距、反射角等，这样可以更准确、便捷地测量光学元件的焦距、折射率．
反射定律的演示如图4所示，该装置由刻度圆盘与一位于圆盘中心的平面镜组成．把平面镜固定在0°-180°直径方向，则面的法线位于90°位置，当激光器发出的光线以一定角度照射到平面镜上的时候，刻度盘会清楚的显示入射光线、出射光线的位置，由刻度盘读出入射光线、出射光线对应的角度，然后它们与90°的差值分别为入射角、反射角的大小，反射定律就可以演示了．将平面镜换成棱镜或其他的透明介质，折射定律、全反射等就可以一目了然，而且角度读取更直观．
利用该装置还可对透镜焦距进行测量，测量原理如图5所示，让平行光垂直入射到凸透镜上，出射光束的会聚点就是凸透镜的焦点，透镜到会聚点的距离即透镜焦距，焦距可通过测距装置的刻度尺直接读出．如果在第一个透镜的后面再加入一透镜，让第一个透镜的像方焦点与第二个透镜的物方焦点重合即可演示望远镜的工作原理．在第一个透镜的后面再加入一凸透镜，适当调节两透镜间距可实现对显微镜的工作原理的演示．实验仪中的光学元件可以根据需要添加、更换以达到对不同几何光学实验的演示．
在探究凸透镜成像规律时，小明用5个红色的发光二极管按“F”字样，镶嵌排列在白色方格板上，替代蜡烛作为光源，又用同样的白色方格板做成光屏。实验使用的凸透镜焦距为10 cm，实验装置如图1所示。
光源“F”放在15 cm处，其大小如图2所示，凸透镜固定在光具座零刻度线上。用遮光罩将凸透镜的上半部分罩住，则光屏上所成的像是图3中的
[TP5CW53。TIF，BP#]
听了学生的提问后，本人问了一些一线教师，大部分认为答案是C，也有一小部分教师对答案C有疑惑。但现在我认为在这道题目中光屏是不透明的，人眼只能在光屏的左侧观察像，看到光屏上所成的像应是图3中的D，因为对学生而言，光屏上所成的像，应该是学生在实验中眼睛看到的像。这个题目其实已经确定了观察物体和像的位置，在物体和光屏的中间看物体和像，眼睛看到的像只有上下发生了颠倒。学生做实验采用的装置如图4所示，光屏同样是不透明的，在物体和光屏的中间观察物体和像，看到的像相对于观察的物体只有上下颠倒了。
[TP5CW54。TIF，BP#]
在平时的教学中，我们都忽视了当观察位置不同时，观察的结果会存在差异。我想可能是因为在下面的几种情况中，倒立的像都是上下、左右均颠倒或无法观察到倒立的情况，我们[JP3]也就从来没思考过有没有特殊的情况。我们先来看看这几种情况：[JP]
（1）小孔成像的实验。
为了能让学生在课堂上清楚地观察到小孔成的像，我们可以用圆筒做成如图5所示的小孔成像装置，蜡烛放在小孔的左侧，人在最右侧观察半透明纸上烛焰的像，由于光在同一种均匀物质中是沿直线传播的，我们在半透明纸上看到的像相对于物体来说是上下、左右都颠倒的实像（如图6所示），观察时物体与像位于人眼的同一侧。
[TP5CW55。TIF，BP#]
（2）小孔成像的现象。
生活中最常遇到的小孔成像现象是树荫下形成的圆形光斑，当树叶间的空隙较小时，地面上就出现了太阳的像。按照小孔成像原理，成的也是倒立的实像，但是由于物体是圆形的，所以我们无法观察到像的颠倒情况。
（3）凸透镜成像的实验。
凸透镜成像的实验我们通常将蜡烛的火焰作为物体，光具座上从左向右依次是蜡烛、凸透镜、不透明的光屏。上课做演示实验时，为了让学生都能看到光屏上成的像，我将光具座竖放在讲台上（如图7所示），学生相当于在蜡烛的左端观察，看到了上下、左右都颠倒的实像。若光屏是半透明的，人在光屏的右侧看，也能看到上下、左右都颠倒的实像，观察时物体与像也都位于人眼的同一侧。
[TP5CW56。TIF，BP#]
（4）凸透镜成像的应用。
凸透镜成像应用中照相机和幻灯机成的倒立实像，拍照片时人相当于在光屏的右端观察（如图8），放幻灯片时人相当于在物体的左端观察（如图9），物体和像同样都在人眼的同侧，看到的是上下、左右都颠倒的实像。
[TP5CW57。TIF，BP#]
但是使用老式的投影仪时（如图10），人若在同一位置低头看投影片，抬头看天花板上成的像，看到了只有左右颠倒的实像。当遇到这类题目时，题目中一般不会规定如何观察物体和像，所以我们还按照凸透镜成像的规律，认为是上下、左右都颠倒的实像。例如，如图11中左边的实线框内是某一物体的形状，右边4个虚线框内是供选择的物体像的形状。以下填空时，只考虑像的形状，不考虑像的大小。把投影仪的反射平面镜卸[JP3]掉，让物体的像成在天花板上，这时看到该物体的像的形状为D。[JP]
[TP5CW58。TIF，BP#]
下面我们再来看一习题：
在“凸透镜成像规律”实验中，某同学进行了如下两个探究。
（1）为研究像距与焦距的关系，他选用焦距不同的三个凸
透镜进行实验，实验数据记录如表1所示。
表1
[BHDFG2，WK6，K6，K6，K6W]
物距u/cm[]实验序号[]焦距f/cm[]像距v/cm
[BHDG6，WK6，K18W]
10[][ZB（][BHDG2，WK6，K6，K6W]1[]2[]2。5[BH]2[]5[]10[BH]3[]8[]40[ZB）][BG）F]
分析表中数据可知，保持物距不变时，焦距越大，则所成实像的像距越[CD#3]。（选填：“大”或“小”）。
（2）该同学用若干个发光二极管组成形状如“E”的发光物体，如图13甲所示，将发光物体、凸透镜和光屏依次组装到光具座上并调整好，且物距调节为6 cm时，在光屏上成的像如图13乙所示，则他选用的是三个透镜中焦距为[CD#3]cm的凸
[TP5CW59。TIF，BP#][LL]
透镜；如果只将“E”，换成“R”，并在同一位置观察，光屏上成的像应是图13丙中的[CD#3]（填数字序号）。
本题中，第（2）小题的最后一空答案是②。题目中该同学用若干个发光二极管组成形状如“E”的发光物体，如图13所示，在光屏上成的像如图13所示时，就确定了人观察物体和像的位置，当光屏不透明时，人相当于在物体的左侧观察，当光屏是半透明时，在光屏的右侧观察所成的像，看到的像上下颠倒，左右也会颠倒。所以这道题目最后一空应该是（2）。
生命科学学院生命基地班 201000140136
姚健
在本学期的光学实验课程中，我们一共做了12个实验：应用焦距仪测定焦距与顶焦距，分光仪调节及棱镜顶角的测定，应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率，应用阿贝折射仪测量固、液体折射率，单色仪的调节与定标，小型摄谱仪调整及最佳摄谱位置的确定，偏振光的产生、检验及强度测定，小型旋光仪的结构、原理及使用，应用双缝干涉法测He—Ne激光波长，测量牛顿环直径并计算曲率半径，迈克尔逊干涉仪调整及干涉现象观察，激光全息照片拍摄及观察。
在每次试验之前，我们都要完成预习报告、实验报告等。通过实验手册和其他资料，了解实验的目的、原理、实验仪器、实验步骤、实验中的要求及注意事项等问题。经过一个学期的实验课我们认识到预习报告的重要性，只有在实验前认真做好预习，才能在实验课上更快、更好地完成实验，同时也能得到更多知识。在实验中我们需要注意的事情很多，但也是因为这些事情让我们能体会到，物理实验需要的是严谨的思维，需要认真的想，每一步都要做的很严谨。
本学期的物理光学实验让我受益匪浅：
我们不仅学习前辈学者设计实验的思路及科学的思考问题和解决问题的方法，还有从实验中发现问题的敏感性，并且对其进行思考从而有所发现，还对物理科学的发展进程中的重大事件及整个物理学的发展有了更深层次的了解，提高了对辩证唯物主义世界观和方法论的认识，加深了对科学实验的重要性的了解，明确了物理实验课程的地位、作用和任务。
另外，在对实验原理进行学习的过程中，更加详尽地理解了物理光学的很多相关原理知识从而加深了对理论知识的理解与记忆。在具体的实验操作过程中，将其同所学的理论知识结合起来，使理论知识更加具体化，形象化，使我们对知识的理解更加进一步，而且培养了动手能力及将学到的实验理论知识应用到实践的能力，提高了将实验理论和实际的实验过程相互结合的能力。最后在对实验结果的分析过程中，掌握了测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力。包括：测量误差的基本概念，直接测量量的不确定度计算，间接测量的不确定度计算以及处理实验数据的一些重要方法，锻炼了分析问题及解决问题的综合能力，从实验过程所遇到的困难中，分析问题的症结所在，并从以往学到的知识原理中寻找解决措施，从失败的实验结果中分析原因并找出解决方法，从成功的实验结果中分析成功的关键所在，总结经验，以便下次的成功。
我也被老师的付出感动着。在实验之前老师都会耐心地指导大家怎样完成实验，在实验过程中当我们遇到问题需要老师的帮助时，老师也会耐心地给我们解释问题产生的原因及解决方法。有的实验难度较大，譬如应用最小偏向角法测定三棱镜的折射率，因为操作起来比较麻烦，所以用时比较长。当做其他实验的同学结束实验，我们还在苦苦挣扎着，而老师因为要全程陪同实验，而导致了他们辛苦的多站了一个多小时。老师你们辛苦了，非常感谢你们！
一、报告内容
实验一：透镜基本性能测量
90分
1.实验目的 10分 2.透镜焦距测量原理（简述）10分 3.实验内容、结果及现象
70分 1）薄正透镜的成像
30分
按指导书上序号书写，要求画出实验光路并注明主要参数，如透镜焦距，以及相关距离等参数，并计算所求物理量，注明实验现象（正倒，虚实，放大缩小）。注意数据单位。图1-3，1-4，1-5及3个单透镜成像各5分，共30分。2）薄负透镜的成像
20分 要求同上。
图1-6，1-7，1-8，1-9各5分 3）透镜焦距的测量
20分
参照表1－1，选定一对玻罗板刻线，重复测量三次，注意数据单位（焦距小数点后保留一位，单位毫米）。15分
计算误差。
5分
实验二：干涉法测量空气折射率
90分
1.实验目的 10分 2.实验原理
10分
简述迈克尔逊干涉仪和马赫曾德干涉仪的工作原理（各5分）。3.实验内容
20分 根据实验室给定器件，基于迈尔孙干涉仪和马赫曾德干涉仪的工作原理进行测量空气折射率的光路设计，要求画出实际设计光路（各5分），并进行简要光路描述（各5分）。
4.实验结果
20分
按照实验指导书上的表1-1记录条纹变化数，并根据得到的实验数据计算不同条纹变化所对应的空气折射率值（10分）；绘制出空气压强与干涉条纹变化的关系曲线（5分）及空气折射率与压强的关系曲线（5分）。
5.思考题
30分（每题各10分）
实验三：衍射法测量光波波长
90分
1.实验目的10分 2.实验原理
20分 3.实验内容
20分
根据实验室给定器件基于夫琅和费衍射原理进行测量钠光波长光路设计（10分），并进行光路描述（10分）。
4.实验结果及分析
20分
按照实验指导书上表2-1记录数据，计算出钠光波长（10分）；计算误差并分析（10分）。5.思考题
20分（每题各10分）
二、报告要求
每份实验报告各10分
（1）必须有封皮，封皮上要注明课程名称，班级，姓名，学号；
（2）报告必须手写。
一、实验目的
了解细胞骨架的结构特征及其制备技术。
二、实验器具及试剂 1．器具
普通光学显微镜、50ml烧杯、玻璃滴管、容量瓶、试剂瓶、载玻片、盖玻片、镊子、小剪刀、吸水纸、擦镜纸。2．试剂
M-缓冲液：咪唑、KCL、MGCL2、EGTA【乙二醇双醚四乙酸】、EDTA、疏基乙醇或DTT(二硫苏糖醇)；（PH6.8）磷酸缓冲液（用NaHCO3调PH值）；Triton X-100，用M-缓冲液配制；考马斯亮蓝R250,其溶剂为：甲醇46.5ml、冰醋酸7ml、蒸馏水46.5ml；戍二醛、乙醇、叔丁醇、正丁醇、二甲苯、中性树胶等。3.实验材料 洋葱鳞茎
三、实验内容
细胞骨架事由蛋白质丝组成的复杂网状结构，根据其组成成分和形态结构可分为微管、微丝和中间纤维。它们对细胞形态的维持，细胞的生长、运动、分裂、分化，物质运输，能量转换，信息传递，基因表达等起到重要作用。当用适当浓度的Triton X-100处理细胞时，可经细胞质膜中和细胞质中的蛋白质和全部脂质被溶解抽提，但细胞骨架系统的蛋白质不受破坏而被保存，经用戊二醛固定，考马斯亮蓝R250染色后，可在光学显微镜下观察到由微丝组成的微丝束为网状结构，就是细胞骨架。
（一）溶液配制（1）M-缓冲液配制：
M-缓冲液(10×原液)：咪唑34.04g，氯化镁(MgCl2•6H2O)1.02g，EGTA（乙二醇双醚四乙酸）3.8g，EDTA(乙二胺四乙酸)0.29g，巯基乙醇0.78g(0.7ml)蒸馏水加至1 000 ml。使用时，取100 ml(10×原液)加900 ml蒸馏水。（2）6mmol/L（PH6.5）磷酸缓冲液配制： 甲液：NaH2PO4•2H2O，0.938g 溶于蒸馏水中，最后稀释至1 000ml。乙液：Na2HPO4 •12H2O，2.15g加蒸馏水溶解，最后加水至1 000ml。取甲液685ml，乙液315ml加蒸馏水1000ml即成6mmol/LPH6.5的磷酸缓冲液。
（3）1%Triton X-100，用M-缓冲液配制： 取22ml Triton X-100液加M-缓冲液至200ml。（4）0.2%考马斯亮蓝R250：
考马斯亮蓝R250为0.2g，甲醇46.5ml、冰醋酸7ml、蒸馏水46.5ml（5）3%戍二醛，用磷酸缓冲液配制。
（二）实验方法与步骤
（1）撕取洋葱鳞茎内表皮（约1cm2大小若干片）置于装有PH6.8磷酸缓冲液的50ml烧杯中，使其下沉。
（2）吸去磷酸缓冲液，用1% Triton X-100处理20~30min。（3）吸去Triton X-100，用M-缓冲液洗3次，每次10min。（4）3%戊二醛固定0.5~1h。
（5）PH6.5磷酸缓冲液洗三次，每次10min。（6）0.2%考马斯亮蓝R250染色20~30min。
（7）用蒸馏水洗1~2次，细胞置于载破片上，加盖玻片，于普通光学显微镜下观察。
（8）如观察效果好，可制作成永久切片。
在有样品的50ml烧杯中，顺序通过如下药物：50%乙醇、70%乙醇、95%乙醇、1/2V95%乙醇+1/2V叔丁醇、叔丁醇（每级5-10min）；或正丁醇、正丁醇、二甲苯、二甲苯（每级5-10min），然后捞取样品，平展于载玻片上，经镜检，效果好的，可加一滴中性树胶，盖上盖玻片，即成永久片。
四、实验报告
1．绘出植物细胞骨架微丝结构图。
一提到做光学实验, 会令大部分物理教师感到头疼, 因为其要受到周围环境的影响, 实验操作难度大, 可视性差, 实验效果不明显, 学生很难得出正确的结论, 或者对结论难以理解。而采用自制的烟雾箱演示光学实验, 能把光学实验中遇到的难题轻松解决, 实验效果显著, 学生一看就懂, 大大提高了教学效率。
二、实验装置及说明
制作材料: (1) 自制的烟雾箱、激光手电筒。 (2) 光的反射演示仪、面镜、透镜等光学元件。
在烟雾箱中放置光的反射演示仪、面镜、透镜 (如图1所示) , 观察光的反射和折射现象, 同时观察这些光学元件对光的发散和会聚作用。
三、实验操作
1.光的直线传播
让光射入烟雾箱, 可以明显看出光的传播路径。
2.光的反射
(1) 用光的反射演示仪总结光的反射定律:1演示反射光线和入射光线分居法线两侧;2让入射角等于60°, 30°, 0°, 观察反射角的大小, 得出结论:反射角等于入射角;3将平面Q沿法线向后折, 在平面Q上找不到反射光线, 折回来平面上又出现了反射光线, 说明反射光线、入射光线、法线在同一平面上;4演示光路可逆现象, 让光沿反射光线的方向入射, 会看出反射光线沿原来入射光线的方向射出。
(2) 平行光线射入凹面镜表面时, 光被反射回来, 凹面镜对光有会聚作用。会聚的点叫凹面镜的焦点。
(3) 平行光射入凸面镜表面时, 光被反射, 凸面镜对光有发散作用。
3.光的折射
(1) 当光斜射到玻璃上时, 传播方向发生了改变。当光垂直入射时, 传播方向不变。
(2) 当光斜射到水中时, 传播方向发生了改变。当光垂直入射时, 传播方向不变。
(3) 当平行光照射到凸透镜时, 对光起到会聚作用, 会聚成的点叫焦点。
(4) 当平行光照射到凹透镜时, 对光起发散作用。
四、实验创新点及意义
1.实验创新点
实验创新点就是烟雾箱的制作, 它使课堂上的光学实验变得生动、直观, 给学生带来直观的视觉感受, 使学生更容易地接受知识, 实验的过程也更加符合学生的认知特点。
2.实验的意义
(1) 使光学实验变得形象直观
本实验的设计中使用了烟雾, 因其颗粒较大, 对光的散射作用较强, 学生会明显地观察到光的传播路径, 所观察到的光的传播现象更稳定、更直观、更形象。
(2) 极大地促进了学生的探索欲望
【关键词】 光学基础实验；考核方式改革；实验教学
【Abstract】Focusing on problems existing in the teaching of basis optical experiment and the unreasonable place of examination way in our college ，put forward a more scientific easonable and feasible appraisal way，so that it can improve students' learning enthusiasm， strengthen the cultivation of experimental skills，and improve the quality of optical experiment teaching.
【Key Words】optical experiment； examination reform； experimental teaching
【中图分类号】 G643.2【文献标识码】 A【文章编号】 2095-3089（2016）25-000-02
1 引言
光学是物理学中最古老的一门学科，也是当前学科领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。它和其它学科一样，也是经过长期的实践，在大量的实验基础上逐步发展和完善的。虽然它的理论成果、新型光学实验技术的内容十分丰富，但是经典的实验方法仍是现代物理实验最基本的内容，因此，作为基础的光学实验课，学习的重点仍应该是学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，加深对经典光学理论的理解，提高对实验方法和技术的认识。
2 目前基础光学实验教学中存在的问题
（1）对光学实验不够重视，兴趣不大
有些同学认为光学实验课程是一门考查课，不像理论课程那么重要。加之，光学仪器调节操作复杂，很多需要在暗室进行，实验操作需要耐心和细心，且伤眼费视力，一些同学不愿劳神费力，存在实验不认真，重复测量时随意编数据，或参考别人数据的现象。
（2）实验报告预习抄袭严重
光学实验报告为了避免学生照抄照搬教材已经做了改革，报告首页为预习思考题，需要学生认真阅读教材及查找资料找到正确答案，可有些同学不愿花时间和精力预习，实验预习抄袭严重，存在一个班级只有几个“模板”的现象。
（3）实验过程中不认真，不愿思考独立解决问题
实验操作中，两人一台仪器，往往存在这种现象，动手能力强的同学操作仪器，动手能力差的同学总是记录数据，充当了“记录员”的角色，这样不能达到培养学生动手能力的目的。
光学实验不仅需要动手，更需要动脑，要将光学理论知识与实验操作相结合，用理论指导实验，可有的同学在实验中遇到问题，不愿动脑，遇到问题就找老师，不愿用所学知识去分析解决问题。
3 考核方式改革措施
为了解决上述问题，在进行教学方法、教学手段改革的同时，需要改革以往的考核方式，建立更为合理，切实可行的考核方式，以促使学生积极主动的进行实验预习，实验过程中，动手动脑，从而更扎实的掌握实验操作方法及理论知识。
3.1目前的光学实验考核方式
光学实验现有的考核方式为：平时成绩占10%；实验报告占90%（其中基础性实验项目11个占70%+综合性实验项目1个占30%）。考核方式存在不合理之处：
（1）平时成绩主要考察考勤情况，应进一步细化。
（2）综合性实验所占的分值比例偏高。2014年我院新开设了综合性实验课程，所以综合性实验不应在基础光学实验课程开设，将其并入综合性实验中。
（3）反映不出学生操作能力。平时实验一般为两人一组，其中一个同学操作能力强，另一个同学操作能力弱，从实验报告中反映不出二者的差距，会导致实验能力弱的同学每次实验都在记录数据，不能调动学生操作实验的积极性。
为了改革考核方式，亟待解决的问题：
（1）完善考核方式，使考核更能反映学生的真实水平，更加合理。从而在平时的实验中促使学生认真预习，完成预习报告，实验中认真动手操作，提高操作能力，课下认真完成实验报告数据处理。
（2）将操作考试纳入考核，建立操作考试题库，难易适中，题量合适，让学生在规定的时间内能完成相应实验操作，促使学生在平时的实验中认真动手操作，提高操作能力。
（3）合理安排好学生的复习操作、操作考试和老师的工作量问题。
3.2改革后的光学实验考核方式
（1）平时成绩中应增加实验预习和实验前随机提问
进一步细化平时成绩考核，将考勤、实验预习、回答问题纳入平时成绩，合理制定其分值比例，调动学生课前预习。在实验前，老师检查预习报告，给出成绩，严禁照抄照搬别人的预习报告，可以请教，参考别人的答案，但是一定要弄懂之后，按照自己的思路组织语言给出答案，如照抄，发现后，本次实验预习成绩为零。
（2）严禁实验报告抄袭
杜绝抄袭他人和让别人抄袭，可以参考别人的答案，但必须弄懂弄会，然后按照自己的思路解决问题，严禁照抄照搬。如发现实验报告抄袭，抄袭和被抄袭者此次实验报告均按零分计算。
（3）期末进行实验操作考试
为了反映学生的真实操作水平，将实验操作纳入考核。对学生操作能力的考察如果随堂打分是不可行的，因为实验开始前老师要巡视学生操作是否规范，有的学生操作中出现问题要老师解答，任课老师无暇顾及。另外一次实验，老师只能观察几组同学的操作过程，如果按某一次的操作给出学生成绩，给出的操作成绩未免有失公正。另外两个学生一组，其中一个同学操作，只能给出一个同学成绩。所以为了公正反映学生操作水平，期末时进行操作考试。
实验教研室目前光学实验任课老师两名，实验员一名，光学实验班级每学期6—8个标准班，实行操作考试后，操作复习与操作考试的工作量很大。另外，操作考试不能占用太多课时，这也限定了操作考试时间和考试题量。
操作考试前任课老师指导学生到实验室复习实验操作，一个班级给4节课操作复习。为了减少学生和老师负担，采用抽取部分实验题目进行考试。
我院光学基础实验课程共开设12个实验项目分别为：（1）利用分光计系列实验4个：分光计的调节及棱镜角的测定；最小偏向角法测棱镜玻璃折射率；用掠入射法测定透明介质的折射率；用透射光栅测光波波长。（2）光具座系列实验4个：薄透镜焦距的测定；光具组基点的测定；用双棱镜干涉测光波波长；单缝单丝衍射光强分布实验。（3）其他实验4个：利用牛顿环反射测平凸透镜曲率半径；显微镜与望远镜；迈克尔孙干涉仪的调节和使用；利用旋光仪测糖溶液浓度。从12个实验项目3种类型实验中抽取5-6个实验项目进行操作考试。考试时间为1小时，一次考核10名同学，采取随机抽取试卷形式。操作试卷只考察学生的操作能力，不再设置思考题，因为思考题已经在实验预习报告中进行考核，且纳入了平时成绩。
（4）合理设置比例
考核方式中凸显学生的动手能力培养及其在课堂参与中的表现，确立考核方式中各项所占比例，制定切实可行的光学实验考核方案。根据多年教学经验，初步定为：平时成绩占10%（考察实验预习，回答问题情况）；实验报告成绩占50%；期末操作考试占40%。考勤另计，迟到一次扣5分，旷到一次扣10分。
4 结束语
光学考核方式的合理制定，将进一步调动学生学习、操作光学实验的积极性，更好的培养学生的光学实验动手能力，使其更好的学习光学理论知识和应用，并为以后从事教学和科研打下良好的基础。
参考文献：
[1]沈元华，马秀芳.光学基础实验课程的改革[J].物理实验，2005，25（4）：22-24.
[2]万巍，陈湛旭.基础光学实验教学的探索与改革[J].广东技术师范学院学报，2008（9）：66-68.
[3]张巧芬.光学实验教学改革[J].中国现代教育装备，2008（12）：111-112.
[4]刘竹琴，杨能勋.光学实验课程新体系的构建[J].实验室研究与探索，2006，25（9）：1125-1127.
汽车灯具光学设计及其发展趋势
随着汽车工业的.迅猛发展,现代汽车灯具不但要满足造型新颖美观的要求,还要符合国家标准配光性能的要求.文章简要阐述了汽车前照灯、后组合(信号)灯的一些配光设计原理,并概括了新型汽车灯具的发展趋势.
作 者：陈宇 CHEN Yu 作者单位：南宁燎旺车灯有限责任公司,广西,南宁,530001 刊 名：企业科技与发展 英文刊名：ENTERPRISE SCIENCE AND TECHNOLOGY & DEVELOPMENT 年，卷(期)： “”(14) 分类号：U463.6 关键词：汽车照明 光学系统 配光性能 ECE法规 前照灯 信号灯 LED HID automobile lights optics system photometric characteristics ECE regulation headlights signal lights LED HID关键词： 课堂实验教学 生物光学显微镜使用 不规范操作 正确做法
正确使用生物光学显微镜是生物医学等相关专业学生应具备的一项基本实验技能。微观世界的细胞、细菌、真菌、寄生虫等需要在显微镜下观察认识、辨别。规范的操作有利于提高实验效率，保护显微镜，培养学生严谨的工作作风和科学的工作方法[1]。笔者在教学中发现学生使用显微镜时易出现一些不规范的操作甚至错误做法，现结合其他一些文献[2]-[5]，总结如下并加以纠正。
1.取送显微镜时，一只手提着显微镜镜臂。正确的做法是右手握镜臂、左手托镜座。
2.显微镜“长明灯”，基本从上课到结束显微镜光源一直处于亮灯状态。正确的做法是在实验中养成随手关灯的好习惯。显微镜光源无需预热，使用前开启，停用3分钟，即可关闭光源，以延长光源灯泡的使用寿命，节约电能。
3.转换物镜头时借助物镜镜头转动镜头转换器。正确的做法是用食指和拇指捏着转换器的旋转盘转换物镜，以防损坏物镜头的机械精度。转换放大倍数时先降低载物台，转换镜头，再重新调节显微镜寻找视野物象。正确的做法是直接转换物镜头，稍微调节细螺旋即可找到物象，因为精密的显微镜具有较好齐焦精度，即不同放大倍数的物镜头，其焦点大致在一个水平面上。
4.用手指擦拭透镜。正确的做法是用擦镜纸朝一个方向擦拭，不让手指触到透镜，以防划伤玻璃镜头。
5.调焦时过多使用细螺旋。正确的做法是先用粗调节螺旋找到大致的焦点范围，看到模糊的物象，再用细调节螺旋调节出清晰的物像。细调节螺旋的机械装置更精密，经常使用，加速磨损，造成“滑丝”。大范围地调节载物台高度使用细调节螺旋时，好比从北京到上海，人家坐动车，你还在骑自行车。人家车票固然贵些，但你骑坏一辆车，而且效率低。
6.未注意镜头与玻片间距离压碎载玻片。正确的做法是遵循载物台高度调节“先上后下”的原则，避免当载物台上升到一定程度，载玻片与镜头“亲密接触”，甚至超过了物镜头的弹性范围，最先“受伤”的只能是载玻片。对于珍贵的标本片，损坏带来的损失可能非常大，因此尤其要重视这一点。
7.与人交流镜下内容时改变显微镜方向或挪动显微镜。正确的做法是显微镜不动，人围绕显微镜动，因为显微镜移动后可能需要重新对焦。显微镜的目镜头可以转动方向，但只能正面朝向自己或转动180度后的另一面，且要拧紧固定螺丝，以防脱落摔坏。
8.表述镜下内容时，视野不变，按钟表面定位于某个位置。正确的做法是把镜下目标调至视野中央，即在圆心位置。这样做的好处是，便于不同观察者指向目标一致，而且在更换放大倍数观察时，目标不便（需要显微镜具有较高的定位精度）。
9.油镜头用油过多，涂层一大片而且很厚。正确的做法是加香柏油适当即可，油镜头浸入其中，随视野移动，有黏滞性的香柏油被镜头带动。既可节约用油，又便于观察完毕后擦拭。
10.光线强度不当。光线过暗或过于强烈，均不利于观察。低倍镜观察时，正确的做法是适当降低视野亮度，不至于长时间造成眼疲劳，而且视野亮度过高，物象的层次感不强。使用油镜观察时，因有镜头井口率较小，应抬高聚光器，开打光栅，提高亮度。
11.降低视野亮度时直接调低底座光源强度。正确的做法是可以要缩小光圈和下调聚光镜的方法降低视野亮度，直接调低底座光源强度会使白色光源变得昏黄失去“自然光”属性。
12.香柏油污染非油镜头。正确的做法是按“先低倍后高倍”的原则，用了油镜头不应该再转回非油镜头。
13.非油镜头用二甲苯擦拭。正确的做法是非油镜头只能用乙醚乙醇清洁液擦拭。由于不同镜头的材质不同，二甲苯会损坏非油镜头。即使油镜头，也应减少二甲苯的使用。清洁液最好使用乙醚乙醇混合液，尽量避免使用二甲苯，注意安全性。
14.擦拭油镜头大把使用擦镜纸。正确的做法是用一两张小块擦镜纸黏附在香柏油上，滴加数滴清洁液，沿玻片表面拖动，再反过来压在玻片上拖走擦镜纸即可。如不清洁，可重复操作。
15.视野不清洁总找物镜头的原因。正确的做法是先判断污染源再清洁。物镜、目镜和载玻片都有可能造成视野不清：（1）移动载玻片、异物不动，说明污物不在载玻片上，反之则是标本片不清洁;（2）转动转换器，换上高倍镜后，仍可观察到，说明污物不在物镜上，只存在于目镜上;（3）如果转动目镜头，污物也随之转动，则说明在目镜头上。
16.实验完毕后直接将显微镜断电走人甚至电源未关。正确的做法是关闭电源，拔下插头，绕起电源线，检查镜头是否清洁，呈“八”字叉开，载物台降至最低，让显微镜“休息“，盖好防尘罩。
参考文献：
[1]方安宁，严家来.显微镜使用中节约教学资源的体会[J].考试周刊，2008，18：219-220.
[2]王芳.生物显微镜常见故障的排除及维护保养[J].实验室科学，2007，2：171-172.
[3]翦卫星.高职院校教学用显微镜集约化管理探究[J].职业技术教育，2009，35：72-73.
[4]程静华，李平，容哲.形态实验教学中显微镜存在的问题及处理[J].医疗卫生装备，2009，30，（10）：121-122.
[5]曾顺良.学生在显微镜实验教学中存在问题分析及对策[J].职业教育研究，2009，5：118-119.
双棱镜干涉实验是大学物理实验中重要的光学实验之一,其实验原理及观测方法比较具有代表性。现以双棱镜干涉测钠光波波长实验为例,介绍数字成像技术在光学实验中的应用。
1 双棱镜干涉实验
1.1 双棱镜干涉原理
如图1所示,由双棱镜干涉条件,光源发射的单色光经会凸透镜后会聚于狭缝而成线光源S,S经双棱镜后,形成两个虚光源S1、S2,该虚光源所发出的光满足干涉条件,在交迭区内产生干涉,成为平行于狭缝的等间距干涉条纹。各物理量之间关系如式(1)所示。
其中,λ是光源的波长,Δx是干涉条纹的宽度,d是虚光源S1、S2间距,D是虚光源(狭缝)至观察处之距离。Δx可由测微目镜测量求出;D可由光具座标尺读数读出;d由二次成像法求出,
1.2 传统观测手段存在的缺陷
由式(2)可知,要求出待测光的波长,就要在实验中通过测量D、d1、d2、Δx这4个物理量。其中有3个物理量(d1、d2、Δx)通过测微目镜测量求出。由于测微目镜观察口很小,视场范围很窄,只能单人观测。由此引出的弊端是:老师边调节边讲解时,不仅自己调节不方便,学生也看不到相应的实验现象;眼睛一直盯着测微目镜的分划板,容易疲劳。因此有必要进行实验改进,以提高实验的直观性。
2 实验改进的思路
要解决光学实验中实验现象观察难的问题,就必须扩大视场范围。曾有人做过这样的实验改进:撤掉测微目镜,把远距离的墙壁当作接收屏,也能很好地观察到虚光源的像及干涉条纹[4]。但这方法只适合光强比较强,相干性很好的待测光(如激光),对一般的光源不合适,因此只能在保留测微目镜的情况下拓宽视场范围。
数字成像就是通过光学元件获取所摄景物光信号,光信号转换成模拟电信号,再经过模数转换,将电信号转成数字信号,形成数字图像[5]。随着数字成像技术的日趋成熟,有条件的高校为实验室配备CCD摄像机、图像采集卡和电脑,很好地解决光学实验中实验现象观察难的问题。但CCD摄像机、图像采集卡的价格比较昂贵,一般实验室还没有配备有这些设备。而一般的CMOS数字摄像头,具有集成度高、数据处理能力强、图像捕获速度快、功耗低和价格低廉等优点。因此,结合实际,本实验采用CMOS摄像头来捕获实验图像。
3 引入摄像头,数字传统融合一体
3.1 CMOS数字摄像头及其参数
摄像头是一种视频输入设备,其工作原理大致为,如图2所示。
即景物通过镜头生成的光学图像投射到图像传感器表面上,然后转为电信号,经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号,送到数字信号处理芯片中加工处理,再通过USB接口传输到电脑中处理,通过显示器就可以看到图像了。摄像头具有视频输出功能,可作为一种图像演示设备。
在实验中引进的是飚霸(301 V)CMOS摄像头。该摄像头主要技术指标:最大分辨率为1 280×1 024(VGA);速度为30 帧/s;成像范围是3 cm～∞。摄像头的这些参数能满足实验要求,实时捕获数字影像,取代人眼观测地位。该摄像头镜头还可以通过手动调节焦距,调焦后均可获得清晰的图像。
3.2 改进后的实验装置
实验装置,如图3所示,在原来的双棱镜干涉实验装置中的测微目镜后面加装一个与电脑相连的摄像头(摄像头与测微目镜紧贴)即可。其中,摄像头替代人眼进行观察,将实验现象实时而清晰地传到电脑上。
3.3 实验操作
实验操作与原来的操作稍有不同:(1)手动调节摄像头焦距,使调焦后能看清测微目镜分划板上的叉丝及刻度;(2)当调节出清晰的干涉条纹或两虚光源的像后,在测量数据之前,用摄像头通过电脑拍摄图像;(3)在电脑上测量干涉条纹宽度及两虚光源像间距d1、d2。特别强调的是实验中摄像头与显微镜始终要保持紧贴状态,确保摄像头能观察到清晰的实验图像。
3.4 实验数据的获取及处理
对于实验数据的获取,可以用测微目镜按传统的方法去测量,但笔者发现在转动测微目镜时,由于摄像头的聚焦延时,图像有晃动感,不利于观察干涉条纹变化的数目。因此实验中采用测量像素数的方法来测量干涉条纹和虚光源的像之间的距离。
获取实验数据的方法:在数字图像中,像的长度是以像素数表示的,而所要测的干涉条纹宽度Δx和虚光源的像间距d1、d2以mm为单位表示。因此必须把像素数转化为以mm为单位的几何长度。实验数据获取方法如下:
(1)在相同放大倍率的条件下,用摄像头分别拍下干涉条纹和虚光源的像。如图4,图5所示;
(2)鼠标右键点击相片,选择“图画”的方式打开相片;
(3)选择“选定”标记,鼠标变为十字光标。对准图片上某根清晰的刻度线(如4 mm刻度线)按住鼠标左键拖动,使十字光标对准其相邻的刻度线(如5 mm刻度线),此时在电脑屏幕右下方出现选定区域的像素数为a×b,其中a就是1 mm宽度所包含的像素数,如图6所示;
(4)用同样方法求出干涉条纹宽度Δx(可测量多根干涉条纹,再求平均)和两虚光源的像间距d1、d2所包含的像素数;
(5)定标:设1 mm宽度所包含的像素数为n,干涉条纹宽度Δx包含的像素为m,则
为了验证数字成像法的可行性,笔者通过实验对数字成像测量法与传统测量方法进行比较。两种测量方法比较,如表1所示。
由以上实验结果可知,两种方法所测得波长的相对误差(与公认值589.3 nm作比较)均在误差允许范围内,二者的差别不大,可以认为其实验精度是一样的。因此利用像素数的方法在电脑上测量干涉条纹宽度Δx及两虚光源像间距d1、d2是可行的。
3.5 引入数字成像技术的优点
由上述讨论可知,在双棱镜实验中引入数字成像技术的优点如下:
(1)避免了用显微镜直接观察而产生的弊端,增强教学的直观性:1)教师进行实验演示时,调节的结果直接显示在电脑屏幕上,扩大了视场范围,实验演示更加形象直观;2)学生通过电脑屏幕可以同步观察到调节过程中出现的各种实验现象。这样就消除了过去因看不到相应的实验现象而产生“瞎猜”的心理,使学生容易形成共同认识;3)用摄像头代替眼睛观察实验现象的方法,起到保护实验者的眼睛的作用。如果是用激光作为光源,这一优点就更加突出了;
(2)由于数字成像所成的像是以数值的形式来保存的,根据实验需求,利用其先进的影像控制技术,可以最大限度的提高图像的清晰度;
(3)用数字图像方法测几何距离,重复性好,能满足实验要求。
需要特别指出的是,由于在图像上直接测量,无须用转动测微目镜鼓轮的传统办法进行测量,避免了实验过程中不小心带进的回程误差。
4 结束语
文中分析了传统观测手段的弊端,并进行实验改进。将摄像头引入光学实验中,利用数字成像技术达到扩大视场范围、增强教学直观性的效果,解决了实验观察及演示难的问题。同时用像素数的方法在电脑上测量几何长度,方法简单、重复性好。在传统光学实验中运用现代观测手段,体现传统技术与现代科技相结合的优越性。集光、机、电一体化的实验教学,对提高学生的学习兴趣、开拓学生视野也有很有效果。
参考文献
[1]安毓英,曾晓东.光电探测原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.
[2]杨述武,王定兴.普通物理实验(3):光学部分[M].北京:高等教育出版社,2000.
[3]沈元华,陆申龙.基础物理实验[M].北京:高等教育出版社,2003.
[4]廖立新,刘生长,米贤武.用双棱镜测激光波长的简单方法[J].物理实验,2007,27(7):34-35.
【光学实验设计】推荐阅读：
大学物理实验(光学部分)复习资料07-24
高等光学心得体会09-09
光学镜片基础知识10-02
亚洲光学集团公司实习报告12-07
实验课程设计06-12
机械系统设计实验报告06-23
过滤实验教学设计09-27
代码设计体验实验报告10-15
分子生物学实验设计10-16
新的实验--教案设计11-20
