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演示实验指导书
2019-06-18 15:33  

鱼洗

鱼洗的大小像一个洗脸盆,底是扁平的,盆沿左右各有一个把柄,称为双耳;盆底刻有四条鲤鱼,鱼与鱼之间刻有四条河图抛物线。用手缓慢而有节奏地摩擦双耳,盆会像受击撞一样振动起来,盆中水波荡漾。如果摩擦得法,可以喷出水柱。当两手搓双耳时,产生两个振源,振动波在水中传播,并发生互相干涉,使波和能量叠加起来,此时这些能量较大的水点,会跳出水面,该现象符合物理学的共振原理,对了解和研究波动具有重要意义。鱼洗的制作,无疑涉及到固体振动在液体中传播和干扰的问题。

实验目的:

(1)演示共振现象;

(2)了解受迫振动;

(3)通过演示铜盆中的驻波通过水的喷射而显示的趣味物理现象,以激发学生探求自然界奥秘的兴趣。

实验器材:

鱼洗,如图所示。

图1鱼洗

实验过程

实验中,向盆内注入一定量清水,同时要用肥皂将手洗干净,然后用潮湿双手来回摩擦“鱼洗”的双耳顶部。随着双手的摩擦,鱼洗盆发出悦耳的嗡鸣声,有如喷泉般的水珠从四条鱼嘴中喷射而出。当声音大到一定程度后,盆中将呈现水花四溅的现象;继续摩擦双耳,有些水柱高达几十厘米,就像鱼喷水一样。

注意事项:

双手一定要干净,不能有油。

原理分析

鱼洗是一个由青铜铸造的具有一对提把的盆,大小和一般脸盒差不多。从振动与波动的角度来分析是由于双手来回摩擦鱼洗双耳顶部时,鱼洗会随着摩擦的频率产生受迫振动。当摩擦力引起的振动频率和鱼洗壁振动的固有频率相等或者接近时,鱼洗壁产生共振,振动幅度逐渐增大。由于鱼洗盆底的限制,使其产生的波动不能向外传播,只能在水中产波,于是在鱼洗壁上入射波与反射波相互叠加形成二位驻波。驻波中振幅最大的点称为波腹,最小的点称为波节。用手摩擦一圆盆形物体,最容易产生一个数值较低的共振频率,即由四个波腹和四个波节组成的振动形式,如图2(a),鱼洗壁上振幅最大处会立即激荡水面,将附近的水激起形成水花,如图2(b)。当四个波腹同时最用时,会出现水花四溅的现象。在鱼洗壁上四个振动最大处铸造上四条鱼,水花就像从鱼嘴中喷出一般,故有“鱼洗”之称。

图2鱼洗周壁作4节线振动

(a) 4节线振动原理(b)水面波纹图样

理论分析和实验都表明鱼洗中产生的二维驻波的波形与盆底大小、盆口的喇叭形状等边界条件有关。我国汉代已有鱼洗,并把鱼嘴设计在水柱喷涌处,说明我国古代对振动与波动的知识已有相当的掌握。

讨论与思考:

(1)为什么水花总是从固定的四个点出现?

(2)在许多景点宣传的“若能使得盆中出现水花即会带来好运”的说法有科学依据吗?

(3)“鱼洗”驻波的波形和盆底的大小、形状等边界条件是否有关系,并列出实验方案。

(4)影响鱼洗水花高度的因素有哪些?

饮水鸟

实验操作

1.适当调节饮水鸟的重心,将其放于水平桌面上;

2.让小鸟低头喝水,管下端漏气,液体流至下球;

3.下球液面上升,重心下移,小鸟立起来。

      

                                           4.球体从外部吸热,液体挥发,体积膨胀;头部因有水而降温体积收缩,将液体压到头部。

5.重心上移,小鸟低头喝水,管下端漏气,液体回流至下球。

6.下球液面上升,重心下移,重心下移,小鸟重新立起来。

7.球体吸热,液体挥发,体积膨胀;头部因有水而降温体积收缩,将液体压到头部。

8.以上过程将重复性出现。

注意事项由于饮水鸟是玻璃制品,要小心操作,以防破碎。

实验原理

“饮水鸟”内是乙醚一类易挥发的液体,鸟的头部受冷,气压下降,尾部的液体因为吸力沿颈部上升。头的重量在增加,尾部的重量在减轻,重心位置发生变化,当重心超过脚架支点而移向头部时,鸟就俯下身到平衡位置。头部降低,内部发生两个变化。上升到头部的液体,在本身的重量作用下流向下端尾部。尾部变重,头部向上翘,液体全部集中到尾部,同时,头部的蒸汽因为刚沾到水又开始冷却,这样周而复始的不停饮水。

 

流速与压强成反比——(伯努利效应-旋转叶片

理想正压流体在有势彻体力作用下作定常运动时,运动方程(即欧拉方程)沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程,即伯努利方程(Bernoulli equation)。因著名的瑞士科学家D·伯努利于1738年提出而得名。对于气体,可忽略重力,方程可简化为P+ (1/2)·ρv2=常量,显然,流动中速度增大,压强就减小;速度减小,压强就增大;速度降为零,压强就达到最大(理论上应等于总压)。

实验目的:

(1)演示流体的流速与压强的关系;

(2)定性验证伯努利定律。

实验器材:

图1流速与压强成反比演示仪

1—玻璃罩;2—叶片;3—转轴;4—环形纸带;5—电源键;6—支座;

(一)旋转叶片

1.按压住电源键,使电机电源接通,电动机开始绕竖直轴旋转,并带动叶片旋转。

2.叶片绕竖直轴转动,带动周围空气也绕竖直轴旋转,赤道处v大,而两极附近v小。所以,赤道面空气绕竖直轴转动的速度大于上下两极的空气转动速度;

3.由于转速与压强成反比,赤道面的压强小于两极附近的压强,故环形纸面悬浮于赤道面上。

注意事项:

如果环形纸环缠绕在轴上,应该重新放置,再进行演示。

(二)吹不走的球

打开气泵,将球放在出气孔上,调节气流,观察球悬浮的现象。

原理分析:

理想流体在重力场中做稳定流动时,同一流线上各点的压强、流速和高度之间存在一定的关系。当流体通过物体表面时,流速越大,则压强越小。根据伯努利方程,在同一个流管中

,则等高的两点有

v大则P小,反之亦然。

应用领域:

固定翼飞机的机翼,“香蕉球”,等车时要站在一米线之外。

讨论与思考:

旋转叶片实验中,伯努利方程适于同一流管。此处赤道区和两极区属不同流管。请分析如何灵活运用伯努利方程解释此现象。

 

流速与压强成反比——(伯努利效应-吹不走的球)

实验目的:

定性验证伯努利定律。

实验仪器:

实验步骤::

1.打开气泵,观察到气流从喇叭喷出;

2.拉起气球至喇叭正下方,释放,可以看球体就悬浮喷口下方不被吹离

注意事项::

1.注意保护气球的完好;

原理分析::

据伯努利原理,单位质量的流体的动能(流速头)、势能(位置头)和压力能(压力头)的和在同一流线上为一定值。流体的流速大处,其压强小,流速小时,其压强大。

由此可知:当球体靠近喷口时,由于喷流从球体上向下喷出,就造成球体上方的压力低于下方的大气压力,由于两者之间的压差大于球体的重量,球体就被压在(托举在)喷口下方不被吹离。

 

空盒气压计

空盒气压表扁平的金属膜片空盒组构成,盒内的气压较低。利用弹性应力与大气压力相平衡的原理,以它形变的位移测定气压。其优点是便于携带和安装。但由于金属膜片的弹性系数随温度变化,须采取温度补偿措施;空盒形变存在弹性滞后,在一定的气压范围内,升压和降压的形变曲线不重合。上述两个因素使空盒气压表的测量精度低于水银气压表。空盒气压计应用空盒气压表的原理制成,它是一种能自动记录的气压表。

空盒气压表有一个用金属薄片造成的扁圆形空盒,盒内部份空气抽空。在气压转变时,空盒会随着变大变小,带动指针移动,不断把气压变化的曲线绘画在滚动圆筒的记录纸上。

空盒气压表

【实验操作】

打开空盒气压表,观察指针的墨迹。

工作原理

空盒气压表是以弹性金属做成的薄膜空盒作为感应元件,它将大气压力转换成空盒的弹性位移,通过杠杆和传动机构带动指针。当顺时针方向偏转时,指针就指示出气压升高的变化量,反之,当指针逆时针方向偏转时,指示出气压降低的变化量。当空盒的弹性应力与大气压力相平衡时,指针就停止转动,这时指针所指示的气压值就是当时的大气压力值。

 

热熔蜡

物质有三种状态:固态、液态、气态,在物理学中,我们把物质的状态称为物态。物质从一种状态变化到另一种状态的过程,叫做物态变化。当发生物态变化时,物体需要吸热或放热。当物体由高密度向低密度转化时,就是吸热;由低密度向高密度转化时,则是放热。热熔蜡演示实验是蜡从固态变为液态,需要从外界吸收热量;从液态变为固态,需要向外界释放热量。

实验目的:

(1)演示热熔蜡的现象;

(2)了解不同物质的密度;

(3)了解蜡的物态变化的性质。

实验器材:

热熔蜡演示仪,如图1所示。

图1热熔蜡演示仪

实验过程

(1)打开热熔蜡演示仪的电源开关,底部的加热灯点亮,仪器开始加热;

(2)观察热熔蜡现象。

注意事项:

实验中不要触摸演示仪,放置高温烫伤。

原理分析

热熔蜡演示仪底部装有普通加热灯,上部放置一个玻璃瓶,瓶内混合水与蜡(固态)。当灯泡亮后产生热量,热量从仪器底部传递到玻璃瓶中,水和蜡受热后,蜡的物体发生变化。但是由于水的密度在加热前后变化不大,而液态蜡的密度小于此时水的密度,同时水和液态蜡是不可相溶的,液态蜡就受到水的浮力而上浮至顶端;在仪器顶端,没有加热装置,液态、蜡到了顶部就会冷却,变成固体蜡,此时密度增大且大于水的密度,发生下沉现象;整个过程在电源正常工作的情况下循环进行,于是就形成了有趣的热熔蜡现象。

讨论与思考:

(1)如果将液体替换成其它密度小的液体,现象会怎样?

(2)如果固体融化形成液体后与瓶中的原液体相溶,是否可以观察到该实验现象,为什么?

 

热力学第二定律演示仪

实验目的

验证热力学第二定律克劳修斯表述,即热量不可能从一个物体转移到另一个物体而不发生其它变化或者说热量不可能自发的从低温物体流向高温物体。

实验仪器

本实验由全封闭压缩机、高温热源、毛细管(节压阀)、气压计、温度计及卡诺循环管等组成。其结构框图如图一所示:

图一

实验步骤

开始实验时,整个系统处于热力学平衡状态,全封闭压缩机不工作,卡诺管中的工质呈气体状态,低温热源及高温热源内部压力相同,温度也相同,这些可以从气压计及温度计读出。

实验开始,接通电源,打开电源开关,全封闭压缩机工作,活塞上下推动,高温热源内部压力增加,开始产生高温高压气体,由于存在节压阀,高温高压气体在通过节压阀之前开始凝解,变成高压液体,内部温度上升,高温热源开始向外界放出热量。用手触摸散热器明显发热,温度可达40―50℃,又由于节压阀的存在,使低温热源内部压力很低,由节压阀过来的工质在其附近变成低压液体,在低温热源处开始蒸发,温度下降,于是低温热源开始从外界吸收热量,蒸发器表面结霜。这以后,卡诺管中的工质又循环流到全封闭压缩机处,再通过压缩机推动活塞,开始下一次循环。至此就完成一个完整的卡诺循环,实验演示也就完成。

原理分析

我们平常所说的高温、低温是人们约定的,而热力学第二定律所说的高温热源或低温热源是以热力学温标为标准来定义的,而热力学温标又是建立在卡诺定理基础上。实验时压缩机工作,活塞上下推动使卡诺管内工质(理想气体)循环流动,于是在高温热源处内部压力增加,温度升高,高温热源对外放热,内部工质经节压阀流向低温热源,而低温热源内部压力低,于是从外界吸收热量,最后工质又流向压缩机,经压缩机开始新的循环。整个工作过程就是一个卡诺循环过程,主要是由于压缩机做功,使内部工质的物态发生变化来完成的,从而能很好地说明热力学第二定律的内容,其原理分析如图二︰

图二

实验步骤

开始实验时,整个系统处于热力学平衡状态,全封闭压缩机不工作,卡诺管中的工质呈气体状态,低温热源及高温热源内部压力相同,温度也相同,这些可以从气压计及温度计读出。

实验开始,接通电源,打开电源开关,全封闭压缩机工作,活塞上下推动,高温热源内部压力增加,开始产生高温高压气体,由于存在节压阀,高温高压气体在通过节压阀之前开始凝解,变成高压液体,内部温度上升,高温热源开始向外界放出热量。用手触摸散热器明显发热,温度可达40―50℃,而节压阀的存在,使低温热源内部压力很低。由节压阀过来的工质在其附近变成低压液体,在低温热源处开始蒸发,温度下降,于是低温热源开始从外界吸收热量,蒸发器表面结霜。以后,卡诺管中的工质又循环流到全封闭压缩机处,再通过压缩机推动活塞,开始下一次循环。至此完成一个完整的卡诺循环。实验演示也就就此结束了。

 

克鲁克斯辐射计

实验目的:

演示克鲁克斯辐射计的热效应。

实验仪器:

实验操作:

1.打开台灯的电源开关;

2.照射风车叶片的黑色面,观察风车的转动;

3.照射风车叶片的白色面,观察风车的转动。

原理分析:

我们知道不透明物体的颜色是由物体表面的色光决定的。如果物体表面反射红色(吸收除红色以外的其它色光),我们看到的是红色物体;如果物体表面反射全部光(各种颜色的光),我们看到的是白色物体。如果一个物体吸收全部光(吸收各种颜色的光),我们看到的是黑色物体。因此,黑色物体受到光照时的表面温度要比白色物体高。

把克鲁克斯辐射计放在阳光或白炽灯光下,叶轮就开始转动。叶轮总是按叶片黑的一面向白的一面转,而不可能相反。其解释是由于吸收了热辐射,叶片黑色一面温度较白色一面高。由于叶片对其表而附近的气体分子(因为玻璃容器中还残存有气体)加热,使黑色表面附近的气体温度较高,因此分子运动速度较大。由于气体分子运动时对黑色叶片表面的反作用力比白色一面大,因此使叶片旋转,并且旋转方向必定是黑色一面向白色一面转。如果再继续抽气,到一定程度叶片也不会再转了。当然,由于分子的这种碰撞力很小,所以如果不抽气,由于阻力较大,将看不到叶轮旋转。

根据以上解释,很自然得出推论:如果使克鲁克斯辐射冷却,那么叶片旋转方向应相反,即有白色面向黑色面转。这很容易验证,只要把克鲁克斯辐射计放在空调机的出风口(空调机在制冷状态)即可,使用时,需把克鲁克斯辐射计外罩的上盖去掉。

讨论与思考:

克鲁克斯辐射计与光压风车的区别与联系

 

菲涅尔透镜

实验目的:

演示菲涅尔透镜的衍射现象。

实验仪器:

原理分析:

菲涅尔透镜对比普通凸透镜

菲涅尔透镜,简单的说就是在透镜的一侧有等距的齿纹。通过这些齿纹,可以达到对指定光谱范围的光带通(反射或者折射)的作用。菲涅尔透镜又称螺纹透镜,它相当于两个平凸透镜镜面相对放置组成的聚光透镜,它具有凸透镜的特点,所成的像既可以是放大的,也可以是缩小的。透镜上布满了细小的锯点型同心圆条纹,使得穿过此镜的光线弯曲产生衍射现象,从而形成影像。衍射现象是由于光的波动性特征产生的,因为法国物理学家菲涅尔对绕射理论做出过突出的贡献,此镜因此得名。

菲涅尔透镜(Fresnel lens) 是由聚烯烃材料注压而成的薄片,镜片表面一面为光面,另一面刻录了由小到大的同心圆,它的纹理是利用光的干涉及绕射和根据相对灵敏度和接收角度要求来设计的,透镜的要求很高,一片优质的透镜必须是表面光洁,纹理清晰,其厚度一般在 1mm 左右,特性为面积较大,厚度薄及侦测距离远。

 

实验操作:

站在菲涅尔透镜前,观察透镜中物体。

 

注意事项:

1.注意镜面的保护,不要用硬物与之相接处,以免损坏镜子表面;

2.不要用手接触表面,以免堵塞条纹。

讨论与思考:

1、在菲涅耳(Fresnel)透镜系统中,菲涅尔透镜作用有两个:一是聚焦作用,即将热释红外信号折射(反射)在PIR上,第二个作用是将探测区域内分为若干个明区和暗区,使进入探测区域的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号。

传统的打磨光学器材的带通光学滤镜造价昂贵。菲涅尔透镜可以极大的降低成本。典型的例子就是PIR(被动红外线探测器)。PIR广泛的用在警报器上。如果你拿一个看看,你会发现在每个PIR上都有个塑料的小帽子。这就是菲涅尔透镜。小帽子的内部都刻上了齿纹。这种菲涅尔透镜可以将入射光的频率峰值限制到10微米左右(人体红外线辐射的峰值)。成本相当的低。菲涅耳透镜可以把透过窄带干涉滤光镜的光聚焦在硅光电二级探测器的光敏面上。

2、菲涅尔透镜应用领域主要有哪些?

1 采用聚焦功能用于太阳能电池,组成聚光太阳能电池组,提高光电转换效率,降低使用成本,大量节约能源。

2 采用光学成像功能,用于教育投影仪,多媒体投影机,背投式电视,大屏幕投影仪,家庭影院等。

3 采用普通放大成像功能,适用于超薄型放大镜,超薄型书签,高档名片等。

 

光纤通讯

实验目的:

观察声音信号通过光纤由发射到接收的现象,了解光纤通讯的原理。

实验器材

光纤通讯演示仪,U形光纤等

图一:光纤通讯演示仪

操作步骤及现象:

1.接通电源,打开电源开关,电源指示灯亮。

2.打开信号源,调整调谐旋钮,可接收电台信号,若把磁带放入收录机磁带仓中,则由收音状态转换为放音状态,即可听到磁带放出的声音。方法如下:

1)音调控制钮

旋校以获得欲求之低音或高音响应。

2)电源开关/音量控制钮

向右旋转,接通电源开关,继续旋转则控制音量的大小。

3)排带按钮

如在放音状态按下此钮,将会停止放音,并将卡带排出,回复至收音状态。

4)卡门

将卡带插入,则由收音状态转换为放音状态。

5)快进、快退钮

如在放音状态,按下其中一钮,将会有相应的快进或快退功能,如将两钮同时按下,将会返带播放。

6)调谐旋钮

调校比旋钮,可调至欲收的电台。

7)平衡旋钮

旋校以获得平衡立体声的最佳效果。

8)快进/快退功能指示

指示出操作的快进或快退状态。

9)立体声指示

当在调频立体声状态下,接收到立体声电台信号,此指示灯则会发光。

10)立体声/单声道选择按钮

当在调频立体声状态下,按下此钮则转换为单声道播放状态。如接收到时强时弱的电台信号时,可按下此钮,以减少噪声。

11)FM/AM选择按钮

可选择FM或AM波段收音状态。

3.将光纤左端托起,离开支柱,音乐声停止,这是因为光纤离开支柱使传递信号中断,所以音乐声停止。

4.将光纤U端浸入甲苯中,音乐声也停止。是由于甲苯的折射率大于光纤折射率,在光纤内部不能发生全反射,使光信号直接折射入甲苯中。这样,光电转换系统接收不到光信号,所以声音停止。

5.演示完毕,关掉信号源开关,关闭电源。

原理分析:

光纤通讯主要是利用光纤的全反射原理来传输信号的。

1.信号源(收录机)发出的电信号经过电光转换装置(电光二极管)转换成光信号传递给光纤。

2.当光线由光密媒质(光纤折射率为Ni)射入光疏媒质(空气折射率为Nt),由于Ni>Nt,且入射角大于临界角,这样光线在光纤内部就会发生全反射,使光信号沿着光纤内部传递给另一侧的光电转换系统。

3.光电转换装置把接收到的光信号经过光电二极管重新转换成电信号,通过功放送给扬声器,发出声音。

 

图二:光纤通讯原理图

注意事项:

1.光纤管要轻拿轻放,以免破碎。

2.支柱两侧导线不要用力拉,以免折断。

3.如果接通电源,打开电源开关,指示灯不亮,则应检查保险丝是否已断(保险丝在电源插座内)。

4.接通电源后,若无信号,而保险丝完好,则应检查信号源(收录机)是否有故障,如信号源正常,则应检查发射和接收是否正常。

5.如以上都正常,则应检查接收功放电路和电源是否正常。

6.使用后,仪器则应存放与通风干燥处。

互补色图像

实验目的:

演示互补色成像的原理。

实验仪器:

实验操作:

观察者带上一片是红色镜片另一片是蓝色镜片的眼镜,通过眼镜观察互补色图像。

原理分析:

我们观察万物之所以呈现立体状态是由于人的双眼视察效应——即物光进入双眼在视网膜成像。由于双眼相距一定距离,在两眼地所形成的两幅图像是基本相同但又稍有差异而存在视差,经大脑综合后就形成一幅立体图像。人的大脑在综合两眼的图像信息时,其中一个很重要的因素,就是物点光线的入射方向人眼可根据各物点发射到人眼光线的方向,判定该物点的方向及远近。为了观察到有立体感的图像,就需要做到:左眼只看到右画面,右眼只看到左画面。

红蓝眼镜是利用色彩三原色的红蓝(绿)三色光,透过红蓝(绿)镜片的绿光作用,让红色镜片滤掉蓝(绿)色光,蓝(绿)色镜片滤掉红色光,迫使左右眼能观看各自的色光影像,利用立体影响的制作原理,制作出使用红蓝眼镜观赏的立体图像。

讨论与思考:

制作互补色立体图,首先需要视差图像,将图像模式设定为RGB方式。立体画廊的图像大多采用RealPhoto 3D 、 RealVision 3D 软件设计,一般来说,为了在屏幕上看到深度合适的立体图像,可以选择序列图中编号差为总幅数一半的两幅图来组成互补色立体图,如从8 幅图中取第2、6幅,分别标记为A、B。互补色立体图的组合有多种方式,这里介绍其中最典型的两种:

彩色组合,A图像的Red 通道,B图像的Green 、Blue 通道,分别组成互补色图的R、G、B 通道,这一过程可以用 Photoshop 完成。特点在于,互补色图与原视差图的颜色基本相同,但戴上立体眼镜后,左、右眼看到的图像亮度可能相差极大,立体效果较差。

黑白组合,首先将A 、B 图像转换成灰度图像,然后将A 图像拷贝到互补色图的Red 通道,B 图像拷贝到互补色图的 Green 、Blue 通道。特点在于,互补色图基本为黑白调图像,戴上立体眼镜后,左、右眼看到的图像亮度相差不大,立体效果较好,立体眼镜可以是红绿眼镜,也可以是红蓝眼镜。

 

偏振光干涉

实验目的:

演示偏振光的特性及干涉现象

实验仪器:

实验操作:

1.使两偏振片正交,此时幕上为消光;

2. 将用不同层数的薄膜叠制而成的图案试样插入两偏振片之间,观察到视场中各种图案偏振光干涉的彩色条纹,旋转前面的偏振片,观察干涉条纹的色彩也随之变化;

3.把透明U形尺插入两偏振片之间,观察不到异常,用力握U型尺的开口处,立即看到在尺上出现彩色条纹,且疏密不等;改变握力,条纹的色彩和疏密分布也发生变化。

原理分析:

白光光源发出的光透过第一个偏振片后变成线偏振光。

线偏振光通过线偏振光通过薄膜叠制而成的图案、三角板产生应力双折射,分成有一定相差且振动方向互相垂直的两束光。这两束光通过最外层的偏振片后成为相干光,发生偏振光干涉。

用不同层数的薄膜叠制而成的图案,由于应力均匀,双折射产生的光程差由厚度决定,各种波长的光干涉后的强度均随厚度而变,故干涉后呈现与层数分布对应的色彩图案。

对于三角板和曲线板,由于厚度均匀,双折射产生的光程差主要与残余应力分布有关,各波长的光干涉后的强度随应力分布而变,则干涉后呈现与应力分布对应的不规则彩色条纹。条纹密集的地方是残余应力比较集中的地方,U形尺的干涉条纹类似于三角板和曲线板,区别在于这里的应力不是残余应力,而是实时动态应力,所以条纹的色彩和疏密是随外力的大小而变化的。利用偏振光的干涉,可以考察透明元件是否受到应力以及应力的分布情况。

转动外层偏振片,即改变两偏振片的偏振化方向夹角,也会影响各种波长的光干涉后的强度,使图案颜色发生变化。

讨论与思考:

利用偏振光的干涉构造的光测弹性仪就是利用条纹的变化来检查应力分布的仪器,它在实际中有很广泛的应用。例如为了设计一处机械工件、桥梁或水坝,可用透明塑料模拟它们的形状,并根据实际工作状况按比例地加上应力,然后用光测弹性仪显示出其中的应力分布。除了外加应力外,电场也可以使某些物质产生双折射。其中包括:1.克尔效应——克尔效应不是硝基苯独有的,即使普通的物质(如水、玻璃)也都有克尔效应,不过它们的克尔常数,不过它们的克尔常数要小2-3个数量级。硝基苯的克尔盒来做高速光闸(光开头)、电光高层调制器(利用电讯号来改变光的强弱的器件),在高速摄影、光束测距、激光通讯、激光电视等方面有广泛的应用。2.泡克耳斯效应——克尔盒有很多缺点,例如对硝基苯液体的线纯度要求很高(否则克尔常数下降,驰豫时间变长)、有毒、液体不便携带等。

近年来随着激光技术的发展,对电光开关、电光调制的要求越来越广泛、越来越高。克尔盒逐渐为某些具有电光效应的晶体所代替,其中最典型的是KDP晶体,它的化学成分是磷酸二氢钾(KH2PO4)。这种晶体在自由状态下是单轴晶体,但在电场的作用下变成双轴晶体,设原来光轴的方向产生附加的双折射效应。这效应与克尔效应不同,附加的位相差△与电场强度一次方成正比。该效应叫做泡克耳斯效应(F.Pockels,1893年)或晶体的线性电光效应。利用KDP晶体来代替克尔盒,除了可以克服上述缺点外,另一优点是所需电压比起克尔效应要低些。

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