物理探索实验整理

同济大学普通物理下物理探索实验

【光学部分实验】

莫尔条纹

莫尔条纹是18世纪法国研究人员莫尔首先发现的一种光学现象。从技术角度上讲，莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。

1、实验步骤：

（1）将两张圆环图形重叠，然后平移其中一张图形，观察莫尔条纹情况。

（2）移动其中一张图形，观察莫尔条纹情况。

2、作业：

（1）思考莫尔条纹的形成原理。 莫尔条纹是两条线或两个物体之间以恒定的角度和频率发生干涉的视觉结果，当人眼无法分辨这两条线或两个物体时，只看到干涉的花纹，这种光学现象就是莫尔条纹。

（2）思考莫尔条纹的应用。 高灵敏的位移测量、文档加密及防伪等。

补色立体画

补色立体画需通过彩色滤波片看，左右两眼分别用不同颜色的滤波片。

1、作业：

（1）为什么人的眼睛可以看出立体感？补色立体画是如何做到这一点的？ 人眼之所以能看到立体图像是由于左右双眼从不同的角度观察景物，形成具有一定视差的两幅图像，再各自反映到大脑中，经过大脑的合成产生立体感。

当戴上特殊的红青眼镜后，由于镜片的滤光作用，透过红色镜片只能看到红色的图像，透过青色的镜片只能看到青色的图，通过红青眼镜将具有视差的两张图各自反映到大脑中，使人产生逼真的立体感。这些红青立体画立体感的深度取决于两幅图的视差大小。

（2）补色立体画如何做出来的？ 红青立体画是把两幅具有适当视差的同一景物分别制成红色和青色（绿色加蓝色）图像，再把这两幅图像组合在一起。

动感流水画

在五光十色的工艺画世界里，动感画是独特的一支。那么水波流动的效果是怎样做出来的呢？实际上，这动感流水画装置的关键是偏振片。在画框内部有一盏小灯，灯前有一张偏振片在转动。在画的背后贴有许多小的偏振条。由于灯前的偏振片与画背后偏振条偏振方向的夹角在不断变化，因此造成了流水的明暗变化效果。

1、实验步骤：

打开电源开关，观察流水画的现象。

2、作业：

动感流水画现象的本质是什么？ 动感流水画应用了偏振光原理，由于灯前的偏振片与画背后偏振条偏振方向的夹角在不断变化，因此造成了流水的明暗变化效果。

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物理探索实验整理

光栅立体画

人的左右眼睛看东西，会有一定的角度差。当你交替睁闭左右眼时，会觉得眼前的东西在左右移动，所以左右眼看到的不是完全相同的画面。当一幅画，一个屏幕，能够让你的左右眼看不同的画面时，能够看立体画面的基本要素已经具备了。

光栅立体画可以直接看！看出立体感了吗？

1、作业：

（1）为什么人的眼睛可以看出立体感？光栅立体画是如何做到这一点的？ 人眼之所以能看到立体图像是由于左右双眼从不同的角度观察景物，形成具有一定视差的两幅图像，再各自反映到大脑中，经过大脑的合成产生立体感。 光栅立体画表面履盖着一层光栅，作用是使图片上任何不同点的光线按特定的方向射入人的左眼与右眼。

（2）光栅立体画如何做出来的？ 光栅立体画结合数码科技与传统印刷输出的技术，用一组序列的立体图像去构成一张图片，并在图片表面履盖一层光栅。

气体光谱管

1、实验步骤：

（1）打开高压电源开关，选择工作光谱管，使其处于高压势场中。观察光谱管中的现象。

（2）关闭高压电源，改变工作光谱管，依次使不同的光谱管中处于高压势场中，观察相应光谱管的现象。

作业：

（1）此发光现象的本质是什么？ 光是由原子内部的电子受到激发后产生的。

（2）不同气体在高压下，所发出光谱是否相同？ 不同

彩色影子

彩色影子中间的投射光源发射绿光，右边的光源发射蓝光，左边的光源发射红光，将物体放在投影区，你看见了什么？

1、实验步骤：

（1）打开电源开关，观察不同光照区的现象。

（2）将物体放在投影区，观察物体的影子颜色。

2、作业：

（1）思考三原色混合现象的原理。 大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这即是三原色原理。其中，红色+绿色=黄色，绿色（2）思考彩色影子是怎样形成的。 物体由三个灯的光线以特定的不同角度照射，在屏幕上出现三个影子。由于灯光的特定角度使每个影子由两种灯光合成，因此，三个影子便呈现不同颜色，即青、品红、

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物理探索实验整理

黄三色。

偏振光的干涉与光测弹性

投影仪上的装置，上下玻璃中都夹有偏振片，中间放上一张贴有各向异性的塑料薄膜。

1、实验步骤：

（1）看墙上的投影仪，记住某个部位的颜色。

（2）转动塑料薄膜，观察其颜色的变化。

（3）将有机玻璃插入两个偏振片之间，观察有机玻璃片。用力捏有机玻璃片，观察其颜色变化。

2、作业：

（1）塑料薄膜的颜色为何会变化？分析看到现象的本质。

塑料薄膜各向异性，旋转之后o光和e光的相位差发生改变，导致了干涉条纹的变化。

（2）有机玻璃片的颜色为何会变化？分析看到现象的本质。 光弹效应，即有机玻璃片在外力的作用下，产生了光学上的各项异性，出现了双折射性质，因而产生了干涉条纹。

偏振光的干涉

投影仪上的装置，上下玻璃中都夹有偏振片，中间的玻璃夹有一些各向异性薄膜。薄膜剪成大小不一的蝴蝶，重叠在玻璃中。

1、实验步骤：

（1）看墙上的投影仪，记住某个部位的颜色。

（2）转动上部偏振片，同时看蝴蝶颜色变化。

（3）转动中间蝴蝶，看蝴蝶颜色变化。

2、作业：

分析看到的现象。 转动上部偏振片时，因为起偏器与检偏器之间的夹角发生改变，从而导致蝴蝶颜色的改变。

转动蝴蝶时，因为塑料薄膜各向异性，旋转之后o光和e光的相位差发生改变，导致了干涉条纹的变化，也就引起了蝴蝶颜色的变化。

偏振片看手机

液晶屏发出的光是偏振光吗？

1、实验步骤：

（1）将偏振片蒙在手机屏幕上，观察手机屏幕的现象。

（2）旋转偏振片，再次观察手机屏幕的现象。

2、作业：

想一想，我们的生活中还有那些光是偏振光？ 液晶显示器、经过照相机镜头或车挡风玻璃前偏振滤波器的光、经过偏振太阳镜的光等等。

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第二篇：同济 大学物理 探索实验

有哪些实验现象是由于光具有偏振性而显示的？

电脑防窥薄膜：适用于笔记本电脑上的防窥薄膜也是应用了偏振原理，使得一定角度的人根本看不清电脑里面的内容

立体电影

流水画：画的正面流水的部分是透明的，反面贴有偏振片。后面还有一块旋转的偏振片，随着两片偏振片间角度的变化，光从后面射出时就出现亮暗变化，也就是我们看到的流水现象。

电磁波衍射偏振：电磁波的发射器与接受器之间插有栅状的金属板，接受器与喇叭相连，以喇叭声音的强弱表现接收到信号的强弱，当电磁波偏转时，声音时响时轻，有时无声，这也是电磁波的偏振所致。光的偏振现象在摄影中有着非常广泛的应用。偏振照明可有效消除表面反射或散射光线，使用偏振照射使影像可能得到不同的表面色彩。 荧光偏振现在也已在生物技术上替代了传统的放射性同位素研究方法，用于实时跟踪分子间的变化，检测有毒物质的残留量等。

激光估测光盘轨迹间距（光栅衍射、镀膜技术）

光盘记录信息的纹路形成反射光栅，反射光是反射光栅的干涉条纹，所以携带了光栅的信息。

动画请看

http://222.66.109.20/jpkc2/phy/ts/ http://222.66.109.20/jpkc2/phy/ts/

有哪些实验现象是光的衍射的结果？

单缝衍射:障碍物的尺寸接近波长甚至比波长还要小时，就可以看到明显的衍射现象。 波长一定时，单缝越狭，中央条纹越宽，各条纹的间隔也越大； 单缝不变时，光波波长越大，中央条纹也越宽，各条纹间隔也越大 图孔衍射

有哪些实验现象是光的干涉现象？

彩虹

1、等厚干涉磁致伸缩干涉仪： 首先先介绍一下磁致伸缩材料。磁致伸缩是指在磁场作用下，其长度发生伸长或缩短的现象，通常用磁致 伸缩应变λ=ΔL/L0描述磁致伸缩的大 小。材料的磁致伸缩应变λ随磁场强度的增加而增加，当磁场强 度达到某一临界值时，磁致伸缩应变λ就不再增加，而达到一饱和值，称为饱和磁致伸缩应变。具有较大磁致 伸缩应变的材料叫超磁致伸缩材料。 实验室中装置主要由一个线圈（前方便是等厚的空气干涉膜），一个会聚透镜，观察屏组成。空气膜的厚 度因为磁场的变化而变化，从屏上就可以观察到干涉条纹的移动了。

2、迈克尔逊干涉仪器：利用了分振幅法产生两束光实现干涉。可以观察到等倾干涉，等厚干涉，非定域干涉。

3、全息照相的拍摄：将相位关系转换成相应振幅关系，把位相关系以干涉条纹明暗变化的形式记录在全息干版上。 假如

有两束平面单色光，以某一夹角投射到屏上，形成一组平行、等距的干涉条纹，那么干涉 某点P的明暗主要决定与两光波的在P点的相位关系。在全息中，有物体反射得到的不规则光波 与参考光发生干涉，形成了不规则的条纹。其中物光波中的振幅和相位信息以干涉条纹的反差和明 暗变化的形式被记录下来，物光波的方向以条纹的间距和走向被记录下来。

4、偏振光的干涉

（1）颜色变化的蝴蝶:

（2）测应力：当我们捏一下U型的上下两边，内部产生了应力。由于个部位的应力不同，我们就可以利用偏振光观察屏幕 上的干涉图样。其中本来没有应力。当我们给它一个外加的应力时，会出现干涉条纹， 应力越集中的地方，各向异性越强，干涉条纹越细密。这样的话，我们就可以制作一个模型模拟物体将会受到的荷载,测一下它的应力会是如何分布的。

5、双折射材料：利用e光，o光形成干涉。

6、烙埃德镜：以下这个网址里提供的flash演示了它的原理。http://lxy./special/optics/optics/flash/Lloyd%20mirror%20experimentation.swf

7、电磁波干涉衍射偏振演示（一个“听得见”的实验）：不同于光波，声波波长在1.7cm到17cm之间，所以制成的偏振片 的“缝”很大，与光偏振片的尺度形成明显的对比。

动感流水画（偏振光，起偏，检偏）

原来光是横波，在穿过偏振片的时候会有偏振的现象发生。在画框内有一盏灯，灯前有一偏振片，偏振片在转动，使穿过偏振片的光的振动面也在不断旋转。画板背后流水处贴满一条条偏振片，这些偏振片上下相连的两条之间偏振化方向依次相差一个角度，根据光学中的马吕斯定律：I’= I cos α ，其中I’是偏振光穿过偏振片之后的强度，I是穿过前的强度，α是光的传播方向和偏振片偏振化方向所夹的角度。可见随着角度的不同，光的强度（即亮度）不同，也就是说，随着偏振片的转动，画板上的亮处会随时间变化，由于亮处更容易被人眼所注意，所以看起来就好像真的是瀑布在流动了。

通过这个现象，我们更容易理解光波是横波这一特性。

仿真视窗（多重反射、镀膜技术）

原理：这是一块由两块平面镜组成的反射成像的光学系统。前面是一块半透半反镜，后面是一块全反光镜，两块镜子处于平行位置时，具有多次反射成像的特点，现在它们中间放了小车，就可以反射出许许多多的车的影像，而后面的镜框会自己变动，由于光的入射角发生变化，故反射出的影像的位置也随之变化。

动画讲解：

http://222.66.109.20/jpkc2/phy/ts/光学/多重反射flash.htm /film/lx.htm

光纤艺术（全反射）

光在光纤中不断全反射，从而可以通过弯曲的光纤，从另一端射出。

http://222.66.109.20/jpkc2/phy/ts/光学/光纤通讯.htm 激光全息

全息照相记录物光波的全部信息—实现再现像逼真的立体感。在同一张全息干版上可重复暴光—产生具有重要应用价值的全息干涉计量术。全息干板上每一点可记录“整个”物体信息—形成不断发展的全息存储技术。

从摄制全息图时，物光与参考光对胶片的入射方向不同可分为透射式全息图和反射式全息图。当物光与参考光在底片同一面入射时，称为透射式全息图，当参考光与物光从照相底片两侧入射时，称为反射式全息图。