等厚干涉实验拓展研究+文献综述(4)
时间:2017-05-30 17:38 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
牛顿环干涉实验是目前高校普通物理实验中普遍开设的，足见其重要性和示范性。但是实验观测时还是采用显微镜和刻度尺这种传统的方式，存在一定的弊端，有待改进：1.由于读数显微目镜观察口很小，视场范围很窄。2.眼睛一直盯着测微目镜的分划板，容易疲劳，也容易记错条纹数3.干涉暗纹的中心位置定位不准确，误差很大 4. 转动显微目镜鼓轮容易带进回程误差5. 如果中途出现碰撞、振动等干扰，会造成记数失败。现在这里将数字图像技术合理地引入到牛顿环实验中来，以此消除以上弊端，很好的实现了传统方法与现代科技的结合，显著提高可操作性和实验精度。 整个实验装置由牛顿环装置、读数显微镜、钠光灯、电源、CCD数字图像芯片、 视频采集系统以及数字图像处理软件等组成。引入摄像头，获取数字图像（1）CCD 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：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，再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。（2）改进后的实验装置：在原来实验装置中的显微镜的目镜后面加装一个与电脑相连的摄像头，摄像头与目镜紧贴 即可，其中摄像头作用是替代人的眼睛进行观察，将实验现象清晰地传到电脑上。（3）实验操作：实验操作与原来的操作稍有不同，一是手动调节摄像头焦距，使调焦后能看清目镜分划板上的叉丝，二是当调节出清晰的干涉条纹后，在测量数据之前，用摄像头通过电脑拍摄下它们的图像。 在干涉暗纹弦长测量中，为了提高实验精度，可通过图像处理技术，得到单像素条纹，然后根据单像素条纹骨架所在的位置计算其弦长。通过摄像头获得的干涉图样还需要进行条纹的图像处理,以便进行计算时采集到更为准确的数据。本实验的图样处理过程如下: (1)条纹灰度处理; (2)条纹边缘增强; (3)条纹锐化处理。 为了真实反应图样的点与点之间的长度, 必须进行单位转换即进行转换因子的确立:巧妙地引入了游标卡尺,将游标卡尺作为参照物,通过 CCD摄像头拍摄得定标成像图,选取游标卡尺最小刻度 1mm, 在成像图中通过测量可以得到转换因子为多少像素。分别将由传统方法和改进后方法所得数据计算，计算出各自的偏差，以此验证改进的效果。 1.4 本课题研究内容及意义 本课题将对大学物理课程中等厚干涉原理的测量实验进行研究。基于等厚干涉在现实生活中的重要性，在结合前人研究的基础上，本文将分别分析基于等厚干涉原理应用的几种常见实例，了解每种实验的原理，步骤，利用读数显微镜等装置，观察实验中的现象，记录实验过程并处理测得的数据，根据实验过程中的观察与分析，提出减小误差的方法。 2 牛顿环法测定透镜球面的曲率半径 2.1原理 牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜和一块光学平玻璃片(又称“平晶”)相接触而组成的。相互接触的透镜凸面与平玻璃片平面之间的空气间隙，构成一个空气薄膜间隙，空气膜的厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。如图2.1（a）所示。 当单色光垂直地照射于牛顿环装置时(如图2.1)，如果从反射光的方向观察，就可以看到透镜与平板玻璃接触处有一个暗点，周围环绕着一簇同心的明暗相间的内疏外密圆环，这些圆环就叫做牛顿环，如图2.1（b）所示． (责任编辑：qin) |