16年大学生物理实验设计大赛建议及补充说明范例.pptx

2016物理竞赛 16-6-7 报名和题目 报名和交作品 9-10 前 /news/News_Info.aspx?typeid=205id=396 声波的聚焦，光测量装置 /race/info.aspx?typeid=228id=20 声波的聚焦 一、题目1（基础题）；声波的聚焦 基本要求：设计和制作演示声波聚焦的实验装置，通过对声强分布、焦点能量和焦斑长度等参数的定量测量，描述该物理现象，并发掘物理内涵。 主要评判依据： （1）物理原理与物理图像； （2）聚焦效果与定量数据； （3）创新点； （4）装置的制作技巧。 ? 背景资料：声波，也有与光波类似的性质，在不同介质中有不同的速度，在界面会发生反射、折射的现象，可以利用曲面、类透镜等对声波进行聚焦。制作这样的声波聚焦装置，并进行定量测量，可加深对这一现象和物理机制的了解和理解。 光的聚焦 常见方法 凸透镜 菲涅耳波带片 凹反射镜 凸透镜 将平行光线（如阳光）平行于主光轴（凸透镜两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴）射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在轴上的一点 特点：与折射率n相关，而折射率n与频率（波长）相关 菲涅尔波带片 特点：焦距直接与波长相关 凹面镜 凹面镜是反射成像 。面镜（包括凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守反射定律。这种镜面称为会聚，因为它们倾向将射至表面的光线收集起来，平行入射的光线将会被重新聚集在焦点上，这也是因为表面每个点的法线方向不同，光线以不同的角度反射。凹面镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光。 制镜方程式是物距（d1）和像距（d2）到焦距（f）距离的关系。 1/d1+1/d2=1/f 镜子的放大率是像距的高除以物距的高。 m=-d2/d1 特点：与波长无关，但是球面像差明显，纯球面聚焦的精度较低 声波与光波 可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400～760nm之间，但还有一些人能够感知到波长大约在380～780nm之间的电磁波。 人耳能听到的声波的频率范围通常在20～20000Hz之间，叫做可听声；故答案为：20Hz～20000Hz． 波长=波速/频率 波速一般是340米/秒； 人耳听到的声音的频率是20HZ--20KHZ 所以得出人耳听到的声音的波长：0.017--17米 人声： 男：低音82～392Hz，基准音区64～523Hz 男中音123～493Hz，男高音164～698Hz 女：低音82～392Hz，基准音区160～1200Hz 女低音123～493Hz，女高音220～1.1KHz 声聚焦 考虑是否是同一频率的声音 如果频率范围大，只能用凹面反射的原理 同一频率的可以用凸透镜原理 基本要找的：材料（参数：类似的折射率或者反射率，考虑加工难度） 声聚焦 定义：凹面对声波形成集中反射，使反射声聚焦于某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。 *来源：百度 声的测量 用分贝仪啊,综艺节目常见的,听观众掌声有多激烈的.你要自己做的话,可以用一个小麦头接到电路,再用单片机AD读电压值. （百度解答） 光测量装置 基本要求：利用普通激光笔（小于5mW），设计、制作一非接触光测量实验装置（或仪器），例如可测量玻璃的厚度、折射率、平整度等参数。 主要评判依据： （1）物理思想和实验原理； （2）测量准确性、精确度和便利性； （3）创新点与设计的巧妙性； （4）性价比。 背景资料：普通激光笔价格低廉，广泛用于我们的课堂，但是，它并不仅仅只能这样使用。想一想，它在非接触测量还有什么样的潜力？巧妙的设计，说不定还能做出简便的、精度相当高的、功能多样的实验测量装置呢！ 激光特点 激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011W／cm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件 激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。 激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。 来源：网络 特点：便宜 精度差 一种激光外差多普勒玻璃厚度测量方法 运用Mat lab 软件结合FFT 技术进行了数值仿真实验, 结果表明该方法在测量1 ～ 10 mm 的平板玻璃时, 误差小于1 %. *光子学报 Vol .37 No .8 Au