神奇的光现象演示实验指导书要点.pdf
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1、神奇的光现象演示实验 指导书 主编:杨名宇 南昌航空大学大学物理实验中心 2013 年 9 月 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验一无弦竖琴 演示目的: 演示激光和光电效应。 物理原理: 这里的“琴弦”是激光束,对应着光敏电阻. 手指“轻弹”光束 , 遮断光路 ,改变了 光敏电阻的电阻值。 产生跳变的电压信号 , 这个电压信号就触发相应的电路开始工作。 从而产生一个具有固定频率的电信号, 电信号经电子合成器处理放大后, 由扬声器发 出声音。 学生亲自动手: 学生轻轻的用手遮住光束 , 琴内就会发出悦耳的声音。 遮住不同的光束,琴会有不同的音符发出.从而按照乐曲韵律,可以弹奏出美妙
2、的音 乐。 注意事项: 1、若出现激光管不亮或琴没有声音时,请将电源断掉,然后重新打开电源。 2、仪器若超过36 秒无触发信号则自动进入待机状态, 此时将电源开关重新开启一次 即可让仪器重新工作。 3、若某个光路无声音发出,请将对应的激光器上聚焦镜头微调,使之与下面光敏电 阻对应即可。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验二 无限储钱盒 一、演示目的 演 示 凹面镜成 像 现 象 。 二、演示现象: 投 下 的 硬 币 经 过 一 个 比 自 己小 一 半 的 细 孔 , 落 在 储 钱 盒 里 , 并 能 把 钱 变 小 。 三 、 演 示 原 理 : 利 用 凹 透 镜 成 像
3、 原 理 , 使 得硬 币 看 起 来 比 实 际 小 。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验三万花筒 一、演示目的 加深对光的反射成像原理的理解。 二、实验原理及操作: 万花筒利用平面镜的成像原理制作,通过光的反射而产生影像。 万花筒原理图 1816 年,苏格兰物理学家大卫 布鲁斯特爵士发明了万花筒。布鲁斯特主要从事光学和光谱研 究,他在童年时代就十分喜欢光学实验,一生中的大部分时间都用在了他所喜爱的光学上。一次, 他在用多面镜子研究光的性质时,看到了几面相对放置的镜子里经过多次反射呈现出来的景象,便 放了一些花纸在镜子组成的空腔里,结果,他看到了一些对称的图案, 而且每变动一
4、下花纸的位置, 图案就会变换一次。 为了能使图案不断地变换,他将三面成角度的镜子放在一个圆筒里,再将花纸放在筒端的两层 玻璃间。随着三角镜中镜子的角度变化,影像的数目也随之变化;影像重叠后形成各种图案,不停 地转动万花筒就可以看到不断变换的图案。就这样他制作出了只要轻轻转动就能看到不同图案的万 花筒。万花筒在一夜之间便获得了意外的成功。更有意思的是,一旦某个图案消失了,要转动几个 世纪才能出现同样的组合,因此每一瞬都值得欣赏,每一秒都值得珍惜! 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 万花筒的发明被列入科学重大发明而载入史册,博物馆里也收藏有一些制作精美的万花筒。由 于万花筒 万花筒图案
5、既是美轮美奂的艺术作品,又是能培养思维和观察能力的益智玩具,所以深受小孩子和成年人 的喜爱,并在人们的手中不断地翻新花样。例如,有人在万花筒 里放上 3040 个像教堂塔尖一样的玻璃小瓶,里面装上油,在油里浸着玻璃粒、细珊瑚片、 贝壳和沙粒。这些密封的小玻璃瓶一动,瓶里那些闪闪发光的微粒就会升降。 除了这些东西以外,还可以放入扎紧的细丝线、马鬃以及各种螺旋形的、弯曲的小东西。这样, 使万花筒转动起来,就好像在欣赏一场精彩的芭蕾舞表演。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验四西汉透光镜演示 一、演示目的: 演示铜镜的“透”光。 二、实验现象: 再现西汉时期的瑰宝西汉透光镜。古人在日常
6、生活中使用铜镜时发现铜镜还有“透光”的 功能,即是指当镜面对着阳光向物体上反光时,可将镜背的纹饰图案映射到白色的物体上,古人称 之为“透光镜”。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验五 光纤传像 一、演示目的 演示光纤的传像现象。 二、实验原理及操作: 利用光的全反射原理可以制作光导纤维,光纤由两种不同折射率的透明物质构成,例如塑料光 纤,它是一根折射率较高的塑料丝,在它的外表面包有一层折射率较低的塑料膜层。由于光纤里面 折射率高,外面折射率低,因此进入光纤的光将发生全反射。光由光纤一端输入,然后经多次全反 射由别一端输出。由于全反射,损耗很小。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理
7、实验中心 实验六光纤花 一、演示目的 进一步了解光纤传光束的原理与应用。 二、实验原理及操作: 光由光纤一端输入,然后经多次全反射由别一端输出。由于全反射,损耗很小。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验七光学窥视无穷 一、演示目的 了 解 窥 视 无 穷 的 原 理 , 提 高学 习 物 理 学 的 兴 趣 。 二、演示原理: 窥 视 无 穷 镜 是 由 一 面 镀 有 高反 射 率 膜 的 两 片 平 板 玻 璃 构 成 ,高 反 射 率 膜 面 朝 内 安 放 ,相 互 平 行 的 两 片 平 板 玻 璃 中 间 放 置 物 体 。物 体发 出 或 反 射 的 光 经 镀 有
8、 高 反 射 率 膜 层 面 的 来 回 反 射 , 在 窥 视 无穷 镜 的 左 右 两 边 形 成 一 系 列 的 虚 像 。 三、操作说明: 打 开 电 源 开 关 , 呈 现 窥 视 无穷 像 , 观 察 镜 中 的 多 次 反 射 成 像 现 象 。 四、注意事项: 不 要 拿 起 来 观 看 , 以 免 损 坏; 不 要 弄 脏 镜 面 , 以 免 影 响 成 像 质 量 。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验八 幻影合成 一、演示目的 再 次 体 验 凹 面 镜 成 像 原 理 。 二、演示原理: 隐 藏 在 窥 视 孔 内 的 屏 幕 播 放着 三 维 影 像 ,
9、此 影 像( 光 线 )通 过 屏 幕 由 凹 面 镜 反 射 回 来 ,镜 子 的 曲 度 使 反 射 光 线 汇 聚 ,故 影 像 每 一 点 发 出 的 光 都 被 汇 聚 在 凹 面 镜 前 空 间 相 应 的 点 ,当 影 像 每 一 点 被 这 样 汇 聚 时 ,就 在 凹 面 镜 前 相 应 位 置 形 成 影 像 ,我 们 把 这 个 影 像 再 通 过 一 个 分 光 镜 反射 到 窗 口 外 部 , 在 空 间 就 会 呈 现 出 逼 真 的 立 体 像 。 三、演示效果: 当 你 误 把 经 凹 面 镜 反 射 的 映像 当 作 屏 幕 上 正 在 播 放 的 实 像 而
10、 用 手 去 抓 时 ,当 然 是 什 么 也 抓 不 到 。 当 把 影 像 放到 凹 面 镜 二 倍 焦 距 处 , 在 空 中 呈 现 出 等 大 逼 真 的 立 体 像 , 所 成 影 像 不 仅 具 备 较 高 的 清晰 度 、 立 体 感 和 真 实 感 , 使 其 看 得 见 、 摸 不 着 。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验九小魔术 穿墙而过 演示目的: 利用视觉上不可能的现象,演示光的偏振性。 实验原理: 一个偏振器只允许一个特定平面内振动的光通过,这个特定平面称为偏振面。 这个偏振方向称 为偏振器的透光轴。 自然光在垂直于传播方向的所有方向上都有光振动。自
11、然光射向一个偏振器,由于偏振器只允 许一个特定平面内振动的光通过,所以,透射光只在这个特定平面内振动。若该透射光射向一个与 前一个偏振器透光轴垂直的偏振器,则没有光透过第二个偏振器。这样便在两个偏振器交界面形成 一个“光”墙。 操作方法: 将转简一头压下,观察小球穿越“光”墙。 注意事项: 由于偏振片易碎,所以操作应小心,转动转简时,手要拿稳。 兴趣科学素养 南昌航空大学大学物理实验中心 实验十是你还是我 演示目的: 了解光的穿透与反射。 科学原理 : 玻璃上镀有一层极薄的金属膜,制成半透半反平面镜。当自己一侧的光线强于对方一侧时, 此侧被镜子反射回来的光线强于从镜子里透射过来的对方一侧的光线
12、,此时自己就象在照镜子,只 能从镜中看到自己的像;当对方光线亮度大于自己一侧时,从镜子中透射过来的对方的光线大于自 己一侧被镜子反射回来的光线,此时又象隔着窗户玻璃看到窗外(对方)的人像;当自己一侧被镜 子反射回来的光线与从镜子中透射过来对方一侧的光线强度差别不大时,此镜中就出现反射的自己 的像和透射的对方的像叠加在一起的,你中有我、我中有你的像。 学生实际参与 : 选一位朋友与你相对地坐在镜子两边,上下移动头部,将自己的脸和朋友的脸重叠在一起。仔 细看看新的面孔和原来的你有多少不同?这里的奥妙在于你们两人的五官、脸可能错位,即你的面 孔上可能是朋友的鼻子。 注意事项 : 镜子两边分处两人对视
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