全息光学实验

空间滤波

一、实验目的

1?观察各种光栅、图片的付里叶频谱，加深对频谱概念的理解.

2?由观察到的频谱判断输入图像的基本特征，理解物分布与其频谱函数间的对应关系，

进而了解频谱分析的基本原理、方法及各种应用。

3?掌握空间滤波的基本原理，理解成像过程中“分频”与“合成”作用

4. 掌握方向滤波、高通滤波、低通滤波等滤波技术，观察各种滤波器产生的滤波效果，加深对光学信息处理实质的认识.

二、实验原理

1、付立叶频谱。

设二维函数g(x , y)，其空间频谱G(,)为g(x , y)的付里叶变换，即

G(占川)exp。缶(异+対)〕芒“

而g ( x, y)则为G(,)的傅立叶逆变换，即

贞需用)亡-

用光学的方法可以很方便地获得二维图像g(x , y)的空间频谱G( , ) ?只要在一付里叶透

镜的前焦面上放置一幅透射率为g(x , y)的图像，并以相干平行光束垂直照射图像，则根据透

镜的付里叶变换性质，在透镜后焦面上得到的光复振幅分布将是g(x , y)的付里叶变换G(,),

即空间频谱G(x f/ f, y f/ f).其中为光波波长，f为透镜焦距，x f、y f为后焦面(即频谱面)上任

意一点的位置坐标.显然.点(X f, y f)对应的空间频率为

f ￡=巧/冊

因此，在后焦面上放置毛玻璃屏，在其后通过放大镜观察频谱，或者在后焦面上放置全息干板将频谱记录下来，如果有条件，在后焦面上装置电视摄像机，并将其与电视显示器联结，在荧光屏上就可显示出图像的付里叶频谱。如果输入图像很小，衍射屏幕和图像之间距离很远，则在近似满足夫琅和费条件下，也可以不用透镜而直接在屏幕上得到图像的空间频谱G(x f/乙y f/ z)，其

中z为图像至屏幕的距离。

由于频谱面上的频谱函数G(,)是物函数g ( x, y)的付里叶变换，因而从实验上得到频谱

函数G(,)后.即可反过来求出图像的复振幅分布g(x , y)。据此，对图像进行简单分类.也

可用于分析图像的结构比如在森林资源的考察中，根据图像的频谱可以判断哪些地区已绿化，

哪些目前还是荒地，以利更好地规划.

2、空间滤波

空间滤波是光学信息处理的一种重要技术。阿贝一波特实验是空间滤波的典型实验，它极为

形象地验证了阿贝成像原理，是付立叶变换最基础的实验?阿贝成像原理认为：透镜成像过程可

分两步，第一步是通过物的衍射光在透镜的后焦面（即频谱面）上形成空间频谱，这是衍射所引起

的“分频”作用，第二步是代表不同空间频率的各光束在像平面上相干叠加而形成物体的像，这是干涉所引起的“合成”作用。这两步从本质上讲就是对应两次付里叶变换。如果这两次傅立叶变换是完全理想的，即信息没有任何损失.则像和物应完全一样。如果在频谱面上设置各种空间滤波器?挡去频谱中某一些空间频率的成分，则将明显的影响图像，这就是空间滤波。光学信息处理的实质就是设法在频谱面上滤去无用信息分量而保留有用分量. 从而在图像面上提取所需要的图像信息.

三、实验光路

1.观察付立叶频谱，如图3 —1所示

2.空间滤波如图3 —2所示.

四、实验仪器

He —Ne Laser ;氦氖激光器M :全反射镜C:扩束镜

P1:频谱面P2 :像平面L1 :准直透镜L2 :傅立叶变换透镜

P: 毛玻璃屏T：输入图像

另：孔屏、白屏、尺、干板架、各种负片、光栅等

五、实验步骤

（一）观察付立叶频谱

1. 按图3 —1依次加入光学元件排光路。L1和L2之间的距离应大于L2的焦距f .

2. 在L2前焦面附近分别放入各种透明片和光栅?分别观察这些目标的频谱图样。

3? 将目标向L2移动直至贴近L2，观察频谱的变化情况，目标在L2和P间不同位置频谱

有何变化.

4?用激光细束来直接照射正交光栅，在数米远的屏幕上观察其傅立叶频谱，屏幕与光栅

距离增大，观察频谱尺寸怎样变化.

（二）空间滤波

1? 按图3-2依次加入光学元件排好光路。在L1的前焦面上放物（铜丝网格），在P1面上

的白屏上就呈现网格的付里叶频谱。取下P1面上的白屏，在P2面上就看到网格的像.

2?给出上面几种形式的简单滤波器，分别将这些滤波器放在频谱面上进行滤波，在表3-1

nri

s)

Y J另向（/）方向

中填出相应的结果（按说明栏的要求选滤波器）?

实用标准文案

一

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捋去±1缎

分量输出

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加倍

只让0级

通过确8

全黯林

I

捞去Q级

播出网格

表3-1空间滤波实验结果

六、问题与思考

1? 用平行光束垂直照射平行密接触的两块正弦光栅（空频为v1和v2）,它们的频谱将是什么样？如两者正交密接.频谱又如何？

2. 用激光细束直接照射一正弦光栅，光栅在自身平面内平移或转动时，对其频谱有什么影响？

3. 取一张135人像底片，将它与一张10线对/ mm的光栅重叠在一起，制成一张带有

纵栅干扰的物，请设计一个滤波器，消除纵栅干扰，得一清晰的输出人像.

4. 运用所学过的理论知识，解释表3 —1所得的实验结果.

卷积定理的演示以及图像加、减

一、实验目的

1. 形象化地演示两个函数的卷积结果?巩固和加深对卷积和卷积定理的认识。

2. 掌握散斑法图像相加、相减的原理和方法。

3. 用散斑法实时地做出A、B两个图像相加相减的结果。

二、实验原理

将两个二维图像g1（x , y）和g2（x , y）叠合置于傅立叶透镜L的前焦面上，用准直激光束

照明，则在L的后焦面上观察到付里叶频谱，该频谱将满足二维卷积定理，即

「厲（￡山）=炉幺G■（占冷）=厦匕（君』）人

其中

上式表明，两个函数乘积的付里叶变换，等于各自付里叶变换的卷积.

卷积本身概念较为抽象，卷积过程也较为复杂。如果先对求卷积的两个函数作逆变换，相乘

以后再进行付里叶变换就容易很多。用光学的方法求两个函数的卷积时，可以先将待卷积的两个

函数的付里叶逆变换制成透明片?其透射系数分别为g1（x , y）和g2（x , y），将两张透明片重叠

置于4f系统的输入面上，用单色平行光照明，透射光就是g1和g2的乘积。在频谱面演示两个

函数的卷积。

本实验采用这样的方法来演示两个函数的卷积，将两个空间频率不同的正交光栅重叠在一起

（如一个是10线对/ mm ,另一个是100线对/ mm），用激光细束直接照射，在数米远处就可以看到它们频谱的卷积?我们可以清楚地看到；二者卷积的结果，并不是两个几何图形的叠加，而是一个图形分别加到另一个图形的每一个点上。这就生动地显示出卷积的几何意义。

散斑法图像相加、相减与用激光散斑测量横向微小位移的原理类似，只不过两次曝光是对两

个有部分相同的图像进行，而且在观察时，频谱上加了一个狭缝，只让杨氏条纹的中央暗纹（或亮纹）和两个图像的差异部分通过，从而实现两个图像的相加或相减?如图4-3所示，平行光经毛

玻璃后成为散射光照明输入面T,图像A置于输入面上，P面上放全息干板，输出面P上的像具

有散斑结构（像面散斑）?用g（x , y）表示散斑的分布函数?散斑像用Ag（x , y）表示，进行第一次

曝光将其记录下来。将毛玻璃在自身平面内沿x o方向移动一个微小位移x o （ x o应很小，约0.02

一0.03mm，但不得小于像面散斑的平均直径的I/1.22）。用图像B置换图像A，注意使A、B

中相同部分严格对准重合，再进行第二次曝光（时间与第一次相同）干板上重叠记录下图像B的散

斑像，表示为Bg（x- x, y）,（由于x= X0,其值很小，故可认为散斑结构不变，仍用g表示）?两

次曝光后，干板接受的总光强为

l(x,y) Ag(x,y) Bg(x x, y)

Ag(x,y)*[ (x,y) (x x, y)]

Cg(x, y)* (x x, y)

式中C=B —A，表示两个图像差异部分的像?经处理好的底片实际上是两个具有散斑结构的重叠在一起的像.负片的振幅透射率为

tf) = G- bAg^(^t巧? y) + <5(A - 砂)〕

-bCg(x f￥)? 6(卞一y)

把它放在T处，取出毛玻璃D，用平行光照全息图H，则在频谱面G上频谱的光强分布为

式中右边第一项对应于焦面中心的亮点；第二项对应于杨氏条纹；第三项包含CAB的

信息，它分布在平面(，)的各处。式中AB C~分别表示C、A和B的付里叶变换.如果在频谱

面上放置一个狭缝，只让杨氏条纹的第一暗通过，则第一项和第二项都被滤掉了，只有第三项通

图像加减如图4-3所示

四、实验仪器

He Ne Laser :氦氖激光器

M :全反射镜

g1 : 10线对/ mm 正交光栅g2 : 100线对/ mm 正交光栅P:观察白屏

C :扩束镜（40 X）

L :准直透镜

D:毛玻璃

T:输入面（相加、相减的图像置于此）

G :频谱面（滤波狭缝置于此）

P:输出面L1 L2 :付里叶透镜

另：孔屏、白屏、干板架4个（其申一个带水平x方向的微调机构）、狭缝（可调节缝宽）、

曝光定时器、光开关、暗室设备一套（显影液、定影液、水盘、量杯、电吹风、流水冲洗设施）等

图4—2卷积及其结果

Anv

图4—3散斑法图像相加相减原理

五、实验步骤

（一）卷积定理

将一块I 0线对/ mm 的正交光栅g1和一块200线对/ mm 的光栅g2叠合在一起（或相

隔不远）?用未扩束的激光细束来照射，在远处屏幕上观察卷积的结果?并与每一块光栅各自的

频谱作比较?如图4 — 2所示.

1 ?实验准备：制作图像 A 和B 。在黑色硬纸壳上挖透明孔。本实验提供两种图形供选择 使用.

（1 ）图形A 为一大半径圆孔，图形 B 为一小半径圆孔

（2）图形A 为一个十字孔，图形 B 为两个小方孔.

2 ? 点燃激光器，调整由激光器出射的光束与工作台平行，用自准直法调整各光学元件 表面与激光器的

主光线垂直。

3 . 按图

4 — 6依次加入光学元件排光路，注意：

① 4f 系统光路的调节方法参考空间滤波实验。

② 将一组图像A 、B 叠合，仔细调整使两图像的相同部分完全重合 （若用第一组图形只须 使A 、B 两圆

孔中心重合即可， 若用第二组图形则须使 B 的两个小方孔与 A 的十字图形上下部重 合）?

4.关闭光开关，在 P 处放上全息干板?选合适的曝光时间，用曝光定时器控制光开关

进行第一次曝光。

5? 将图形A 折向水平位置，留下图形 B ，微调干板架上x 方向微调旋钮，横向移动毛

玻璃一个微小距

B □

图4 — 5 A 、B 图形的制作

（二）图像加减

离，用向样的时间对同一干板H进行第二次曝光。

6? 将曝光后的全息干板在暗室进行常规的显影、定影、水洗、于燥等暗室处理，得一全息图H。

7? 将全息图H置于入射面T上，取下毛玻璃放在G面上，可在毛玻璃上观察到亮

衬底的杨氏条纹。若挡住十字图形的横孔，则衬底消失，杨氏条纹的对比度增大，这是散斑测位

移全场分析实验中的情况，若挡住十字图形的竖孔?则杨氏条纹消失，只出现一个中心亮斑，周围是明暗随机起伏的光强分布，它实际上是单次曝光散斑图的频谱。

8?将毛玻璃移到P处，在G面上放一个可调宽度的狭缝，将狭缝对准杨氏条纹的中央

第一级亮纹中心，调节狭缝宽度只让第一级亮纹通过，则在P面上将观察到两个图像相加的结

果.若用第一套图形得一和A同样大的圆孔但中心有一和B同样大的小圆特别亮，若用第二套

图形则得十字图形，上下特别亮。如图 4 —6 （上）所示。将狭缝对准杨氏条纹中央第一级暗纹

中心，只让第一组暗纹通过，则在P面上将观察到A和B相减的结果.若用第一套图形，得一

圆环，若用第二套图形得一横孔如图 4 —6 （下）所示。如果将狭缝在中央一级亮纹和一级暗纹

间缓慢连续移动。可观察到两图像相加相减的整个过程。

图4 — 6图像相加

和图像相减（下）

付里叶变换全息图

一、实验目的

1? 掌握付里叶变换全息图的原理.

2? 拍摄一张付里叶变换全息图，观察其再现像。

3? 总结付里叶变换全息图的特点及影响其质置的因素.

二、实验原理

付里叶变换全息图是全息图的一种特殊类型，它不象一般全息图那样记录物光波本身，而是记

录物光波的空间频谱，即记录物光波的付里叶变换。引入一束参考光去和物的频谱相干涉，用得

到的干涉条纹记录物频谱的振幅分布和位相分布就得到付里叶变换全息图。这就需要用透镜对物分布作付里叶变换，然后把记录介质置于频谱面上记录参考光和频谱的干涉条纹。由付里叶变换

特性知道，用单色点光源将物体照明以后，通过透镜在点光源的共轭像面上，能得到物分布的付

如图1 —1所示，物分布g (x o,y o)放在透镜L的前焦面上，通过透镜后在后焦面上得到其频谱

x y

函数G(f x, f y) G(,)，其中，X、y是后焦面的坐标，，透镜L1将入射平行光汇聚于其前焦面的(-b,0 )点，通过小孔照射到L上，通过L后变为参考光R。放在L后焦面上的记录介

质H接受到的光振动是物频谱和参考光两部分，H上的光强分布为

卜“办务)讥(十磅)(

+耽?(务(溯唠)”

如果对底片的处理是线性的?则底片透过率可以表示为

t(x,y) I(x,y)

x y * x y

在透过率中有包含着G(-pf)和G(〒十)的两项。这两项在再现时再作一次傅立叶变换

就能得到物的原始像和共轭像。

再现原理如下；

图1—2中透镜焦距仍为f ，将全息图放在其前焦面上，用波长为 ，振幅为C 。的平行光垂直

照明，全息图的光振动分为四个部分：

纺(划疋

g 、(x , #) = C 泪(齐 ’ ?；$ )赴￡p ( - (2 诡务) )

Si(^> U) = CgRRG* (韦，暮)us ( 图1 — 2傅立叶变换全息图的再现原理

其中第一项是常数， 表示具有一定振幅的平行于光轴的平行光，经过透镜 L 的付立叶变换后，

是位于后焦点的一个亮点（函数），第二项经过傅立叶变换后是物分布的自相关函数 （由付里叶变

换的自相关定理F （C 。GG *） C 。g*g 可得到），这部分分布的总宽度是物分布宽度的两倍， 称为中心晕轮光，

对第三项作傅立叶变换并略去与分布无关的常数 C o R ,则

? s ，\

T 輪（此』X ）J = jg （务.上环（r 沁&齐）「宁吗

.?[

（?熾）〕昨■

、

■ - '

（x ;4-6）p -?f j

上式中除了一个常数外， 分布g （-（x i +b ）,-y i ）与物分布一样，只是坐标反转了，并且在x i 的方向上

相对移动了- b ，这就是再现得到的原始像。对于第四项可作类似第三项的处理，它的傅立叶变

=（对）陀气也-必的〕

除了一个常数外，得到的就是物的共轭分布， 它在X i 方向上移动了 b ，这就是再现得到的共轭像。

三、实验光路

如图1 — 3 所示

8

亍g

He Ne Lag^r

图1-3傅立叶变换全息图记录光路

四、实验仪器

He —Ne Lase r :氦氖激光器M1、M2、M3 :全反射镜BS:连续分束镜C1 , C2 :扩束镜（40 X）

L1、L2 ::准直透镜L:付里叶变换透镜

0 :物（透明底片）H :全息干板

另：干板架、孔屏、白屏、尺、曝光定时器、光开关、光强测量仪、暗室设备一套（显影液、定影液、水盘、量杯、安全灯、流水冲洗设施）等

五、实验步骤

1. 点燃激光器，调整由激光器出射的激光细束与工作台面平行，用自准直法将各光学元件

的表面调至与工作台面垂直.

2. 先不放入扩束镜和准直镜及物0,按图1-3依次加入光学元件用细光束调好光路，使由BS分开的两束光到全息干板H处的光程相等，在二束光重合处放上白屏。

3. 在两路光中分别加入扩束镜和准直镜，沿光轴方向调整扩束镜和准直镜间距离以实现二者共焦，调成平行光.

4. 在一束平行光中加入付里叶变换透镜L,沿光的方向前后移动L使它的后焦面位于H 面上?在L的前焦面上放入透明底片，或黑纸上刻出的通孔（一定形状）, 调节BS的位置使H 处物光、参考光的光强比为一合适的值。一般说来物的空间频谱中，低频成分大于高频成分。如

果在记录中欲强调低频成分?参考光就须调整强一些，曝光时间短一些，这样对低频成分有合适的记录面对高频成分则曝光不足，再现图像的高频损失较多；若欲强调高频成分，则要求参考光弱一些，曝光时间长一些，此时低频部分可能会由于曝光过度而衍射效率低，而高频成分的曝光则是合适的，再现像中低频损失较多，高频得到较好的再现。

5. 关闭光开关?在H处取下白屏换上全息干板，稳定1min后用曝光定时器控制光开关曝光，曝光时间为几秒到十几秒。

6. 取下曝光后的全息干板，在暗室进行常规的显影、定影、水洗、干燥等处理，得到付里叶变换全息图.

7. 挡掉原记录光路中的参

完整word版,全息照相实验报告

全息照相实验报告 学院土环学院班级采矿1502 学号41501556 姓名殷苑文 一、实验目的与实验仪器 实验目的 1.了解全息照相的基本原理； 2.掌握全息照相方法及底片冲洗方法； 3.观察物象再现。 实验仪器 激光器，成套全息照相光具原件及隔振光学平台，白屏，硅光电池及电压表，全息干板，被照物体，显影液和定影液等。 二、实验原理（要求与提示：限400字以内，实验原理图须用手绘后贴图的方式） 全息记录 由光的波动理论知道，光波是电磁波。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加。因此，任何一定频率的光波都包含着振幅和位相两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图1所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射后照射到感光底片上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。

全息光学元件的设计与制作实验设计

全息光学元件的设计与制作 小组成员：李贺谢佳衡杨森用全息图可再现光波的波前，或者说它对入射光具有相位调制的能力。在某些场合，全息图有可能代替普通透镜、棱镜、光栅，作为成像、转像、准直、分光元件。这种全息图就称为全息光学元件（HOE）。它使用感光记录介质制作的，其功能基于衍射原理，是一种衍射光学元件（DOE）。普通光学元件是用透明的光学玻璃、晶体、或有机玻璃制成的，起作用基于光的直线传播、光的反射、折射等几何光学原理。全息光学元件主要有全息光栅、全息透镜、全息扫描器、全息滤波器等。我们这里要制作的是全息光栅和全息透镜。 实验一马赫-曾德干涉仪法（分振幅法）制作全息光栅 【实验目的】 1．学习掌握制作全息光栅的原理和方法。 2．学习掌握制作全息复合光栅的原理和方法，观察其莫尔条纹。 3．通过实验制作一个低频全息光栅和一个复合光栅，并观察和分析实验结果。 【实验仪器】 1. 光学防震平台一个，支架、支杆及底座若干，旋转平台一个，带三维调节架及φ15 ~25μm 针孔的针孔滤波器组合两套。 2. 扩束透镜（20~40倍显微物镜）两个，已知焦距的透镜一个，反射镜若干，分束器一个，光束衰减器两套。 3. 20mW He-Ne 激光器一台。 4. 全息干板，显影、定影设备和材料。 5. 电子快门和曝光定时器一套。 【实验原理】 全息光栅的制作原理是：两束具有特定波面形状的光束干涉，在记录平面上形成亮暗相间的干涉条纹，用全息记录介质记录干涉条纹，经处理得到全息光栅。采用不同的波面形状可得到不同用途的全息光栅，采用不同的全息记录介质和处理过程可得到不同类型或不同用途的全息光栅（如正余弦光栅、矩形光栅、平面光栅和体光栅）。下面介绍制作平面全息光栅的光路布置、设计制作原理。 1、全息光栅的记录光路 记录全息光栅的光路有多种，图 1 和图 2 是其中常见的两种光路。 在图 1 所示光路中，由激光器发出的激光经分束镜 BS 后被分为两束，一束经反射镜 M 1反射、透镜 L 1 和 L 2 扩束准直后，直接射向全息干板 H；另一束经反射镜 M 2 反射、透镜

幼儿园科学教案探索光的折射(三篇)

教学资料参考范本 幼儿园科学教案探索光的折射(三篇)目录： 幼儿园科学教案探索光的折射一 幼儿园科学教案春雨沙沙沙二 幼儿园科学教案有用的石头三

幼儿园科学教案探索光的折射一 活动目标 1、简单了解折射现象中光路是可逆的。 2、通过实验，培养幼儿的科学探索兴趣。 活动准备 1、课件-图示：光的折射 2、科学发现室光学区域。 活动指导 1、教师同幼儿讨论什么光是怎样形 讨论后让幼儿知道，当物质温度高于环境温度，我们就看到的热物质的发光。 如：火光、烛光、白炽灯的灯光，以及前述钢铁、玻璃、石头等烧红时的发光。 2、问题:光沿直线传播，生活中有什么常见例子 给幼儿讲解： 第一，利用光的直线传播----三点一直线，在射击、射箭运动中发挥关键作用; 第二，由光的直线传播，再加上人的双眼效应，可判断物体的位置。 第三，木匠用刨刨一木条，刨了二下就要检查刨得直不直，他就是自觉不自觉地利用光的直线传播，用眼睛从木条的一端沿木条看它是不直的。 第四，队伍对齐："向右看齐!"

3、幼儿在光学区域自由探索、发现光的折射。 (1)课件演示：光的折射 通过观看课件演示，让幼儿对光的折射有一个初步的认识。 (2)实验：把筷子插到水里发现筷子在空气中和水中拐了个弯的原因。 (空气和水就是两种不同的介质) (3)指导幼儿在光学区域，积极尝试运用各种材料进行实验， 在操作中初步感受和了解光的折射。 (4、教师讲评活动情况，表扬鼓励探索中有发现的幼儿 让幼儿讲一讲在探索活动中发现了什么?

幼儿园科学教案春雨沙沙沙二 活动目标 1、了解春雨是春天的一种自然现象，用多种感官感知春雨。 2、能有兴趣的观察下雨的情景，知道春天的多种特征。 活动准备 1、ppt课件：下雨了 2、声音：下雨声 3、音乐：小雨小雨别下了 活动过程 1、谈话引出春雨。 教师：小朋友，你们知道出现什么样的天气时会下雨吗? 谁知道春天里下的雨叫什么雨呢? 使幼儿了解春天来了，有时候会下雨，这就是春雨。 2、观察视频图片：下雨了 提问：雨下的大还是小? 雨点从哪里来? 落下来是什么样子的? 3、课件演示，引导幼儿思考。 (1)雨点落到地上是什么样子的? (2)雨点落到小花上是什么样子的? (3)雨点落到池塘里会怎么样呢? 小花、小草、小树在雨中是什么样子的?

物理创新设计实验报告 大学物理

浙江海洋学院 物理创新设计实验报告 实验名称：利用霍尔效应法测量空间的磁场分布指导教师：鲁晓东 专业：数学与数学应用 班级：B10数学 实验者：于祥雨吴联帅 学号：100601108 100601118 实验日期：2011年12月01日

利用霍尔效应法测量空间的磁场分布 实验者：于祥雨 同组实验者：吴联帅 指导老师：鲁晓东 （B10数学 100601108 654495 ;B10数学 100601118 670903） 【摘要】通过霍尔效应法测量霍尔电流和励磁电流的方法，并使用“对称测量法”消除副效应的影响，最终通过多组数据的处理，得出空间磁场分布。 【关键词】霍尔效应；霍尔电流；对称测量法；磁场分布 一、引言 空间磁场实际存在，但是人眼看不到，因此用直接的方法测量是行不通的。本实验正是考虑了这点，通过测量霍尔电流和励磁电流的方式，通过霍尔电流、励磁电流和磁场强度的关系，间接的测出磁场强度。并结合多组数据的处理，最大程度减小误差，使实验更加科学、严谨，从而使得实验方法具有可实施性和借鉴性。 二、设计原理 2．1简介 置于磁场中的载流体，如果电流方向与磁场垂直，则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场，这一现象是霍普金斯大学研究生霍尔于1879年发现的，后被称为霍尔效应。如今霍尔效应不但是测定半导体材料电学参数的主要手段，而且利用该效应制成的霍尔器件已广泛用于非电量的电测量、自动控制和信息处理等方面。在工业生产要求自动自动检测和控制的今天，作为敏感元件之一的霍尔器件，将有更广泛的应用前景。掌握这一富有实用性的实验，对日后的工作将有益处。 2.2霍尔效应 霍尔效应是磁电效应的一种，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这个电势差就被叫做霍尔电势差。 导体中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。 因此，对于一个已知霍尔系数的导体，通过一个已知方向、大小的电流，同时测出该导体两侧的霍尔电势差的方向与大小，就可以得出该导体所处磁场的方向和大小。 2.3实验原理 霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛伦兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场H E 。如图2-1所示的半导体式样，若在X 方向通以电流H I ，在Z 方向加磁场B ，则在Y 方向即试样2-4电极两侧就开始聚集异号电荷而产生相应的附加电场。电场的指向取决于试样的导电类型。对图2-1所示的N 型试样，霍尔电场为Y -方向。显然，霍尔电场H E 是阻止载流子继续向侧面偏移，当载流子所受的横向电场力H eE 与洛伦兹力evB 相等，样品两侧电荷的积累就达到动态平衡，故： H eE evB = （2.3.1） 其中H E 为霍尔电场，v 是载流子在电流方向上的平均漂移速度。

全息瞄准镜中全息光学元件的研究

全息瞄准镜中全息光学元件的研究 姓名：蔡虎薛亮 指导老师：王海林

目录 一、题目 (1) 二、摘要 (3) 三、关键词 (3) 四、引言 (3) 五、全息元件的制作与理论分析 (4) 一、全息元件的制作 (4) 二、全息瞄准镜的原理 (5) 三、理论分析 (6) 四、实验验证 (9) 六、半导体激光器光波长漂移的影响及消除 (11) 七、实验设计 (13) 八、总结 (13) 九、后记 (14) 十、参考文献 (14) 十一、英文摘要及关键词 (15) 十二、附件 (15)

全息瞄准镜中全息光学元件的研究 蔡虎薛亮 摘要: 本文对全息瞄准镜的核心部件——全息光学元件进行了理论和实验研究。论文介绍了全息瞄准系统的原理、应用及特点，着重定量分析了全息瞄准镜中全息片的再现光束角度在水平和竖直方向微小偏移对“十”字叉虚像偏离角的影响，给出了理论关系式和相应的关系曲线，对其关系进行了实验测量，测量结果与理论分析结果一致。分析了全息片的再现半导激光峰值波长漂移对“十”字叉虚像偏移角的影响，并提出了利用光栅补偿波长漂移的再现光路的设计方法。关键词：全息光学元件、全息瞄准镜 一、引言 全息瞄准镜是一种新型的轻武器瞄准镜，它有一些其它瞄准方式不具备的特点，所以一问世就引起了广泛的关注，和其它瞄准镜(具)相比，它们的共同点和不同点如下： (1)就所有瞄准镜(具)的瞄准方式来说，它们是相同的。机械瞄准具是三点一线方式:即准星和缺口形成一条直线，然后将目标置于这条线上以达到瞄准的目的;各种光学瞄准镜则是由光学系统确定一条光轴，在光轴上放置一个分划板，使分划和目标重合以达到瞄准的目的;全息瞄准镜也不例外，在照明光的作用下，衍射出一束和全息元件成一定角度并有一定形状(分划)的光，也就是产生了一条光轴和一个分划。但因它们各自工作原理不同，因此它们各有优点，却也有自身难以克服的缺点。其中全息瞄准镜无放大倍率，适用距离和机械瞄准具相同，但是瞄准时可以保持睁开双眼，只需要将分划对中目标即可。它的缺点是无筒身结构，在寻找瞄准图像时有一定的难度。但在经过一定的训练和适应之后，这个问题不太突出。 (2)全息瞄准镜的瞄准线和武器的机械瞄准具的瞄准线重合。当机械瞄准具校准后，可以用它来校准全息瞄准镜。当全息瞄准镜损坏时，可以直接使用武器的机械瞄准具，而不需要从武器上取下。而光学瞄准镜安装在武器上会妨碍机械瞄准具的使用，如果不在光学瞄准镜的适当位置上开孔或设计机械瞄准装置，光学

概念型电子产品设计创意构思

大 众 文 艺 79 摘要：概念型电子产品设计在创意构思时会遇到很多难题，本 文从概念产品自身的研究特性出发，从三个方面来初步探寻对产品概念构思的方法，使设计师在开发新产品概念时有清晰的思路和明确的切入点，以便于设计目标的达成。 关键词：概念；消费电子产品；设计；创意；用户体验 概念型电子产品是现代消费电子企业对未来系列产品谋划研究的重点。概念性产品设计代表了未来消费电子产品发展的方向，揭示了未来的潮流和流行趋势。无论是在企业的设计开发部门还是高校设计院所都将概念型产品设计作为启发设计师思考，研究未来消费电子产品发展趋势的依据。 由于概念型产品往往是基于很多尚未实现或是尚未投入实际应用的技术原理来设计的，因此在设计师对概念型产品的功能进行构思时往往会出现过于理想化的空想或是过于保守而创新性不足。要探讨如何解决针对概念型电子产品功能设计的构思问题，那么必须要对概念型电子产品的相关要素做必要的分析研究。根据以往的概念型产品开发原则，主要可以将其大致分为：功能创新型、造型创新型、体验创新型等。这三个方面相互联系制约，任何一款消费电子的开发都离不开这三个方面的创新应用。针对这三个方面对产品设计的影响我们可以分别进行分析。 功能创新型 功能创新性设计主要针对消费电子产品提供的功能进行创意构思，这些相对先进的功能基本都是由未来的或者是目前尚未投入应用的先进技术。因此对于这类型的设计需要对消费电子产品的相关技术领域作进一步的研究，了解整个技术发展的潮流和趋势，把握未来功能的改进点和创新要素。 索尼爱立信公司曾经在2008年发布过一款实验概念手机——X5，该手机应用了透明显示技术，实现了手机显示屏透明可视化效果，在正反两面都可以看见显示内容。虽然和目前主流的智能手机800×600分辨率SUPER AMOLED显示屏相比，这款手机的色彩显示能力以及对比度、响应速度等技术指标相当低下，但是它应用了最新的透明显示技术，彻底颠覆了人们对于传统手机显示屏只能单面显示的惯性思维，也为未来的手机的显示模块设计提供了新的开发思路。 但是时至今日，这款手机已经上市3年甚至已经退市，而透明显示技术仍未能大量投入应用，我们在目前的手机中几乎找不到类似的设计，说明这款产品的创新点相对于行业主流的技术水准显现的过于超前。不过也许这种尝试仅仅是一个开端，在手机3D显示技术大行其道的今天，也许透明的显示屏幕再加入3D显示技术，这种混合型的显示模块才是手机显示技术的未来，那么对于手机显示模块的概念化设计还是应该多从新技术手段的可行性应用角度去考虑。 造型创新型 造型创新型主要围绕消费电子的美学外观进行创意设计，那些标新立异、时尚美观的造型设计往往都是由先进的材料和加工工艺提供的，当然也包括美学造型流行趋势的影响。这需要积极地了解和把握未来的色彩流行趋势、图形语义和形态构成语言，以及业内的材料和工艺的技术发展。同时也要不断的调查和研究消费者的审美心理。苹果的iPhone系列手机依靠极简主义设计及独特的用户体验席卷全球，它的极简主义之风几乎主导了整个消费电子产品设计风格的走向，这点连90年代崇尚工业极简主义的索尼公司都没有做到。消费电子产品的造型设计从五花八门的风格逐渐淘汰进化成了大一统的极简主义之风。硬边、素色、几何构成了造型语言的基本元素。我们似乎很难从消费电子产品的本身去寻找造型元素的灵感。对于造型创新，无论是建筑还是工业产品都会有风格上的交叉和借鉴，我们可以尝试从建筑或者其它一些工业产品中寻找未来的概念化造型风格元素。比如现代汽车的“流体雕塑”造型设计，这是2007年发布的概念车上应用的造型元素，由设计大师安德鲁?哈德森主导，推出以后广泛受到好评。现代汽车将自己整个产品线全部更新为“流体雕塑”式的造型风格，从低端的小车到高端的中大型轿车 均采用此设计风格，也使得在车身造型设计的传统风格——“流线型”风格有了革命性的全新发展空间。作为流线型造型风格的一个发展，“流体雕塑”风格极有可能作为目前极简主义风格大环境下的一缕清风。 体验创新型 体验创新型主要是根据消费电子产品的使用特征来进行创意开发的。消费电子产品从诞生之日起就为用户提供了功能应用和体验应用两大产品特征，同样地功能不同的体验方式和体验效果会带来截然不同的产品形态。 影响体验创新的因素非常多，包括硬件、软件、用户服务、市场营销等方面。涉及产品用户体验，尤其是消费电子产品，基本的功能和外观以及内置的软件和服务都是和用户体验紧密相连，在体验上有所创新也是概念型消费电子产品创新的又一大突破口。 首先就是产品的软件环节，如何优化软件的功能的操作体验，这是关系到产品用户体验成败的关键；谷歌公司的手机操作系统——Andriod安卓，虽然很多评论家认为这是模仿苹果的iOS 手机操作系统的产物，无论是从操作风格上还是界面美化效果上都有明显的苹果风格痕迹，但是不可否认的是安卓系统做到了苹果没有做到得一点——系统开源，任何一家公司都可以针对安卓系统开发免费的软件，相对于苹果的App Store动辄几美金一个的软件购买费用，安卓下的大部分应用软件都是免费使用的。而且从软件的体验上，配合安卓手机的超大电容触摸屏以及屏幕下方设计的物理按键，都可以快速准确地操作手机。无论是应用还是游戏都能得到绚丽畅快的使用体验。 其次还包括产品的使用体验，这点又是和产品的功能创新有所联系，当然也和产品的功能造型也相互影响。自从索尼在自家的单反相机A300/A350上设计了可翻转的实时取景液晶屏后，可翻转显示的液晶屏一夜之间普及到了佳能、尼康、索尼等相机厂商的最新发布的产品中，甚至包括了未来的概念型产品。可翻转式的屏幕就是提升了这种体验乐趣，有了它就可以自由的把相机举高或者放低去拍摄，不用担心取景时候开不到屏幕内容而无法拍摄，这种设计改变了摄影师必须从光学取景器里观察才能准确取景，使得普通消费者就能用崭新的视角去定格一个瞬间。毫无疑问，电子技术的日新月异使得摄影不再是过去胶片机时代的专业技能，而逐渐成为了人们又一种体验式娱乐方式。很多厂商都注意到了这一点，大量的在数码相机中加入娱乐功能和乐趣体验，让用户在使用中体验到摄影的乐趣，而不是因为不懂摄影原理带来的对拍照的恐惧。由此可见，对于体验创新就是需要我们不断去开发满足使用者乐趣和体验效果的产品功能或者产品内涵，不断地缩短人与机器的沟通距离，将这种沟通障碍努力扫除。 很久以来我们对于概念产品的创意设计开发总是会从完善或者改进的角度去思考，而忽略了用宏观和发展的眼光去看待一个产品序列的发展走势。对于消费电子产品设计，必须用超前的感悟能力和卓尔不凡的设计手段，才能赶上设计潮流的发展，做到引领潮流的趋势也不会变得很难。作为从事产品开发的设计师需要我们细心观察研究、耐心搜集资料、用心创意研发，将产品的语义用我们独具特色的手段和能力传达给消费者，使得设计的最终价值得以体现。 参考文献： [1]柳冠中.综合造型设计基础.2009.高等教育出版社. [2]刘永翔.阮宝湘.浅析产品造型设计的未来发展.2003.北方工业大学学报.V15.3. [3]罗仕鉴.朱上上.用户和设计师的产品造型感知意象.2005.机械工程学报.10.作者简介： 席乐，河南科技大学艺术与设计学院教师，华东理工大学设计艺术学硕士，研究方向：环境设施设计、展示设计、创意产业研究。 王丽娟，河南科技大学艺术与设计学院教师，四川美术学院美术学硕士，研究方向：美术学、美术教育。 概念型电子产品设计创意构思初探 席 乐 王丽娟 (河南科技大学艺术与设计学院 河南洛阳 471000 ) 理论研究·设计

初中物理创新实验设计方案1

初中物理创新实验设计方案 一、实验课题名称：惯性定律演示仪 二、实验设计思路： 运用惯性定律（牛顿第一定律）：物体在不受任何外力作用的时候总保持静止或匀速直线运动（物体总保持原有在运动状态直到有外力迫使它改变为止） 三、实验或实验器材在教材中所处的地位与作用： 该实验是八年级物理第八章第二节内容，在已经学习了牛顿第一定律的基础上，研究所有物体都具有惯性，对于学生理解、学习、运用牛顿第一定律以及惯性的知识具有相当重要的作用。 可以说，这个实验是探究物体惯性的核心演示实验，一旦学生通过观察本实验仪的演示，必定会十分深刻在理解和掌握惯性在相关知识。 四、实验器材： 长木板、小车、弹簧、直塑料细管、漏斗、橡皮筋、细线、弹珠、铁钉 五、实验原型及不足之处: 传统的实验方法是使用控制变量法，使两种物质的质量相等，吸收的热量相同，通过观察温度计上示数的变化，得出结论：温度计示数上升较快的物质，升高1℃所需的热量较少，吸收热量的能力较小（即比热容较小）。它的不足之处： ⑴水和食用油吸收相同的热量用这套实验装置有较大的误差，容易受到外界环境的影响（如风向、石棉网的初温、两个酒精等的火焰有大小等）不便于控制； ⑵通过实验得出的结论是：吸热能力的大小与温度的变化成反比，学生要多转动一下思维才能理解，结论没有改进后的直接； ⑶所需要的实验器材也比较多，不利于实验的准备与操作。 ⑷所用烧杯体积过大，与空气的接触面积过大，所以散热过多，造成实验测量误差过大。 （如图） 六、实验创新与改进之处： ⑴将两套装置合二为一，减少了小组实验时对器材的需要；

⑵便于控制相同时间内吸收的热量相同这个变量，误差更小； ⑶两试管与空气的接触面更小，散热较少，误差较小； ⑷将烧杯较大的吸热面改为试管底部较小的吸热点（两试管型号相同、质量相等），就保证了相同时间内吸收的热量相同 ⑸实验中，将原实验观察温度计示数变化改为观察并记录两物质升高相同温度时的时间，这样做的好处是使实验结论更直接； （如图） 七、实验原理： 通过控制两物质质量相等、吸收热量相同、升高相同的温度等因素，来观察手中的秒表。升高相同温度时，所用时间较长的物质吸收的热量自然多一些，单位质量吸收热量的能力更强（即比热容更大一些）。 说明：完成实验时需控制的几个量 ⑴两试管型号相同、质量相等； ⑵试管中的水和食用油质量相等； ⑶试管中的水和食用油初温相同（可将两试管放入装有冷水的同一烧杯中1～2分钟）； ⑷相同时间内两试管吸收的热量相等； ⑸两试管中的液体升高相同的温度； 改变的量： ⑴升高相同温度时所需要加热的时间不同； ⑵升高相同温度时所吸收的热量不同。 八、实验操作步骤： ⑴将装有质量相等的水和食用油的试管插入事先准备好的同一烧杯的冷水中1～2分钟，保证两试管中液体的初温相同； ⑵将初温相同的两试管从冷水中拿出来同时放入正在加热的石棉网上，并放入温度计（同时按下秒表开始计时），观察通过热传递获得热量的两试管中温度计的变化； ⑶在温度计达到70℃时分别记下所用的时间； ⑷比较升高相同温度时所用时间的不同； ⑸得出结论：升高相同温度时，所用时间较长的物质吸收的热量较多，吸收热量的能力较强（比热容较大）。

全息照相实验的报告材料

全息照相实验报告 程子豪 2010035012 少年班01 一、实验目的： 1．了解全息照相记录和再现的基本原理和主要特点； 2．学习全息照相的操作技术； 3．观察和分析全息图的成像特性。 二、实验原理： 2.1全息照相原理的文字表述： 普通照相底片上所记录的图像只反映了物体上各点发光（辐射光或反射光）的强弱变化，显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。全息照相则不同，它是借助于相干的参考光束和物光束相互干涉来记录物光振幅和相位的全部信息。这样的照相把物光束的振幅和相位两种信息全部记录下来，因而称为全息照相。 全息照相的基本原理早在1948年就由伽伯（D. Gabor）发现，但是由于受光源的限制（全息照相要求光源有很好的时间相干性和空间相干性），在激光出现以前，对全息技术的研究进展缓慢，在60年代激光出现以后，全息技术得到了迅速的发展。目前，全息技术在干涉计量、信息存储、光学滤波以及光学模拟计算等方面得到了越来越广泛的应用。伽伯也因此而获得了1971年度的诺贝尔物理学奖。 全息照相在记录物光的相位和强度分布时，利用了光的干涉。从光的干涉原理可知：当两束相干光波相遇，发生干涉叠加时，其合强度不仅依赖于每一束光各自的强度，同时也依赖于这两束光波之间的相位差。在全息照相中就是引进了一束与物光相干的参考光，使这两束光在感光底片处发生干涉叠加，感光底片将与物光有关的振幅和位相分别以干涉条纹的反差和条纹的间隔形式记录下来，经过适当的处理，便得到一张全息照片。 具体来说，全息照相包括以下两个过程： 1、波前的全息记录 利用干涉的方法记录物体散射的光波在某一个波前平面上的复振幅分布，这就是波前的全息记录。通过干涉方法能够把物体光波在某波前的位相分布转换成光强分布，从而被照相底片记录下来，因为我们知道，两个干涉光波的振幅比和位相差决定着干涉条纹的强度分布，所以在干涉条纹中就包含了物光波的振幅和位相信息。典型的全息记录过程是这样的：从激光器发出的相干光波被分束镜分成两束，一束经反射、扩束后照在被摄物体上，经物体的反射或透射的光再射到感光底片上，这束光称为物光波；另一束经反射、扩束后直接照射在感光底片上，这束光称为参考光波。由于这两束光是相干的，所以在感光底片上就形成并记录了明暗相间的干涉条纹。干涉条纹的形状和疏密反映了物光的位相分布的情况，而条纹明暗的反差反映了物光的振幅，感光底片上将物光的信息都记录下来了，经过显影、定影处理后，便形成与光栅相似结构的全息图—全息照片。所以全息图不是别的，正是参考光波和物光波干涉图样的记录。显然，全息照片本身和原来物体没有任何相似之处。 2、衍射再现 物光波前的再现利用了光波的衍射。用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现像。这是一个虚像，它具有原始物体的一切特征。此外还有一个实像，称为共轭像。应该指出，共轭波所形成的实像的三维结构与原物并不完全相似。

全息照相实验实验报告

物理与光电工程学院 光电信息技术实验报告 姓名：张皓景 学号：20111359069 班级：光信息科学与技术专业2011级2班实验名称：全息照相实验 任课教师：裴世鑫

一、实验目的 1．了解光学全息照相的基本原理及其主要特点。 2．学习全息照相的拍摄方法和实验技术。 3．了解全息照相再现物像的性质、观察方法。 二、实验仪器 三、实验装置示意图 5底片 图1 全息照相光路 四、实验原理 全息照相是一种二步成像的照相技术。第一步采用相干光照明，利用干涉原理，把物体

在感光材料（全息干版）处的光波波前纪录下来，称为全息图。第二步利用衍射原理，按一定条件用光照射全息图，原先被纪录的物体光波的波前，就会重新激活出来在全息图后继续传播，就像原物仍在原位发出的一样。需要注意的是我们看到的“物”并不是实际物体，而是与原物完全相同的一个三维像。 1．全息照相的纪录——光的干涉 由光的波动理论知道，光波是电磁波。一列单色波可表示为： 2cos(t )r x A πω?λ =+- （1） 式中，A 为振幅，ω 为圆频率，λ 为波长，φ 为波源的初相位。 一个实际物体发射或反射的光波比较复杂，但是一般可以看成是由许多不同频率的单色光波的叠加： 1 2cos(t )n i i i i i r x A πω?λ==+- ∑ （2） 因此，任何一定频率的光波都包含着振幅（A ）和位相（ωt+φ-2πr/λ）两大信息。 全息照相的一种实验装置的光路如图（1）所示。激光器射出的激光束通过分光板分成两束，一束经透镜扩束后照射到被摄物体上，再经物体表面反射(或透射)后照射到感光底片(全息干版)上，这部分光叫物光。另一束经反射镜改变光路，再由透镜扩大后直接投射到全息干版上，这部分光称为参考光。由于激光是相干光，物光和参考光在全息底片上叠加，形成干涉条纹。因为从被摄物体上各点反射出来的物光，在振幅上和相位上都不相同，所以底片上各处的干涉条纹也不相同。强度不同使条纹明暗程度不同，相位不同使条纹的密度、形状不同。因此，被摄物体反射光中的全部信息都以不同明暗程度和不同疏密分布的干涉条纹形式记录下来，经显影、定影等处理后，就得到一张全息照片。这种全息照片和普通照片截然不同，一般在全息照片上只有通过高倍显微镜才能看到明暗程度不同、疏密程度不同的干涉条纹。由于干涉条纹密度很高，所以要求记录介质有较高的分辨率，通常达1000 条线／毫米以上，故不能用普通照相底片拍摄全息图。 2．全息照相的再现——光的衍射 由于全息照相在感光板上纪录的不是被摄物的直接形象，而是复杂的干涉条纹，因此全息照片实际上相当于一个衍射光栅，物象再现的过程实际是光的衍射现象。要看到被摄物体的像，必须用一束同参考光的波长和传播方向完全相同的光束照射全息照片，这束光叫再现光。这样在原先拍摄时放置物体的方向上就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。如图2 所示把拍摄好的全息底片放回原光路中，用参考光波照射全息片时，经过底片衍射后有三部分光波射出。 0 级衍射光——它是入射再现光波的衰减。 +1 级衍射光——它是发散光，将形成一个虚像。如果此光波被观察者的眼睛接收，就等于接收了原被摄物发出的光波，因而能看到原物体的再现像。

小学科学创新实验设计方案 李悦

小学科学创新实验设计方 案李悦 The following text is amended on 12 November 2020.

小学科学创新实验设计方案 学校名称：兴隆县半壁山镇车道峪小学 授课题目：磁铁的力量 授课教师姓名：李悦 指导教师姓名：徐银平、王海荣 一、实验目标： 1、知识与技能 （1）对于可以被磁铁吸引和不能吸引的物体，能找出组成它们的材料的性质有何不同； （2）能用定量的方法，观察磁铁吸引铁制品的“能力”，培养动手能力； （3）能与同学合作实验，并从实验结果中，发现磁铁磁力的大小与被吸引物体与磁铁之间的距离的关系，培养小组合作能力； 2、过程与方法 （1）通过实验区分可以被磁铁吸引和不能被磁铁吸引的物体，能通过反复实验，确定某一物体是否能被磁铁吸引； （2）通过小组合作，探究磁铁的磁力大小与被吸引物体与磁铁之间的距离有关，距离越近，吸引力越强，反之则越弱； 3、情感、态度与价值观 （1）愿意与小组其他同学共同完成有关磁铁的实验； （2）能意识到得出的有关磁铁性质的结论需要通过实验反复验证； （3）能进行猜想、并能通过实验验证，发现规律,亲历一个完整的科学探究过程，逐步培养科学素养。 二、实验材料：磁铁、曲别针、钉子、铝丝、订书钉、尺子、石头、铅笔、铜丝、铁丝、铁制品若干。

三、实验原理： 1、磁铁能吸引铁质物体，不能被磁铁吸引的物品都不是铁制的。 2、磁铁磁力的大小与被吸引物体与磁铁之间的距离有关，距离越近，吸引力越强，反之则越弱。 四、实验创新点： 《磁铁的力量》是小学科学三年级下册第五单元第十四课的内容。这一课集实用性、开放性、生活性为一体，为了使学生认识磁铁的力量，我设计了一个小游戏以及两个探究实验活动。三年级的学生对于磁铁的认识几乎都是从看到磁铁吸铁现象开始的。但是有相当一部分学生对磁铁能吸引什么，不能吸引什么认识上是模糊的，甚至有的学生可能认为磁铁能吸引所有的金属。之所以形成以上“偏见”，是因为他们对磁铁的认识来自于生活经验，而不是科学的观察和实验，缺乏确切的证据。 我先设计了一个小游戏，通过“磁铁让曲别针在空中跳舞”这个游戏，激发学生兴趣，让他们初步感受“磁铁的力量”。 第一个实验：探究磁铁能吸引哪种材质的物体的实验。该实验的设计正是为了引导学生通过实验强化正确认识，修正错误看法。该实验原来的设计是给定实器材料。修改后，尽可能多的向学生提供实验材料，并且由学生搜集把他们所猜测的磁铁可以吸引的物体带到学校来验证，从学生已有的知识入手，研究身边的科学，既拓展了孩子们的研究空间，又解放了学生的思想，把课堂延伸到了课余。通过实验报告单引导学生对所有检验的物品按照能被磁铁吸引的物品和不能被磁铁吸引的物品进行分类，并分析这两类物品各自的共同特点，最终得出结论:磁铁能吸引铁质物体，不能被磁铁吸引的物品都不是铁制的。 新的科学课程标准强调“科学学习要以探究为中心”。“让探究成为科学学习的主要方式”。按照新课标要求，注重学生科学探究的过程。因此设计了第二个实验：探究磁铁磁力的大小与被吸引物体与磁铁之间的关

机械创新设计实验报告

《机械创新设计》实验报告 班级机械1006班 姓名 学号 指导教师张融 日10 月5 年2013． 多功能助 力器实验题目： 绩成名姓孙翔 批阅教师实验日期 批阅日期同组成员 ****************************************************************************** 实验目的一、 1、发挥学生创造性培养学生的学习兴趣和综合素质；、将涉及内容和设计方法邮寄的融合到一起，使学生进一步掌握教2材核心内容，培养学生创造能力和工程设计能力； 、突破原有课程体系和内容的束缚，加强学科之间的交叉融合；3 4、培养学生善于观察生活以及结合创新科学技术服务于生活的理念。

所选课题的功能原理与工作原理分析；二、功能原理：多功能老人（残疾人）方便助力器，属于老人（残疾人）生活用建议坐便器结合起来的一款行动座椅、具。它是将老人方便助力器、多功能老年人（残疾人）用品，旨在协助老年人（残疾人）行动及上例如座板采用碳纤维，厕所，不仅如此，本项目还从材质上进行改革，整个产品易如拆装，并且满足产品设计轻量化原则；功能上透气舒适，方便在不用时将其拆卸，且便于更换损坏零件。工作原理： 行动不便的问通过支撑架的无力支撑作用解决老年人（残疾人）使得老年人行进题，将碳纤维材质做成坐板并使之安装在支撑架上，途中疲劳时可以坐下休息并且满座轻量化原则解决助力器笨重而不 便携带的问题；通过对坐板的改造，可以节省材料减轻产品重量，并且可以增加多功能助力器的另一功能——坐便器，通过提升坐便高度，帮助老年人解决起蹲不变的问题。本课题设计的创新点；三、、本课题将助力器、行动座椅、坐便器等功能综合一起；1 、产品结构简单易于拆装；2 3、产品材料新颖，牢固舒适； 4、产品设计采用轻量化原则；本课题设计的应用和发展前景；四、世纪下半叶，人类社会经历了人类历史上最为迅速的人口老20人口老龄化是世界人口发展的普遍趋势，龄化进程，尤其是发达国家。1%2005年全国是科学与经济不断发展进步的标志。而在我国，早在万人，占总岁以上人口达到10055人口抽样最新数据显示，我国651490160%人口数的。2006年统计数据表明，中国岁以上的人口是万人。占全国人口65岁以上的人口是10419，万人，占人口总数的%。可见在我国，老年群

青少年科技创新大赛学科分类

附件：4 青少年科技创新大赛学科分类 一、青少年科技创新作品分类 （一）小学生项目 1、物质科学（MS）：研究物质及其运动变化的规律。 2、生命科学（LS）：研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系。 3、地球环境与宇宙科学（ES）：研究地球与宇宙中有关现象、事务和规律，人类与地球环境、地球与宇宙的关系等。 4、技术（TD）：技术创新；将科学技术应用于生产和生活，综合设计或开发制作以解决实际问题。 5、行为与社会科学（SO）：通过观察实验和调查的方法研究人或动物的行为反应，人类社会中的个人之间、个人与社会之间的关系。 （二）中学生项目

1、数学（MA）：包括代数、分析、组合数学、博弈论、几何拓扑、概率与统计等。 2、物理与天文学（PA）：包括力学、磁学、电磁学、光学、热学、计算力学、原子物理、天体物理、凝聚态物理、等离子体物理、核与粒子物理、天文和宇宙学、生物物理、计算物理、材料物理、半导体材料、超导材料、物理仪器等。 3、化学（CH）：包括无机化学、有机化学、物理化学、分析化学、材料化学、计算化学、环境化学、化学工程等。 4、动物学（ZO）：包括动物行为学、生态学、细胞学、发育生物学、遗传学、生理学、营养和生长、分类和进化等。 5、植物学（BO）：包括植物生长和发育、生态学、遗传学（育种）、生理学、病理学、分类和进化、农林科学等。 6、微生物学（MI）：包括应用微生物学、细菌微生物学、环境微生物学、微生物遗传学、病毒学和抗生素等。 7、生物化学与分子生物学（BC）：包括分析生物化学、医药生物化学、结构生物化学、细胞和分子遗传学、分子生物学、

机械创新设计实验

机械创新设计 指导书 机械设计教研究室 班级： 姓名： 学号：

实验一基于机构组成原理的拼接设计 一、实验目的 1、加深学生对机构组成原理的认识，进一步了解机构组成及其运动特性； 2、培养学生的工程实践动手能力； 3、培养学生创新意识及综合设计的能力。 二、设备和工具 1、创新组合模型一套： 1）五种平面低副Ⅱ级组，四种平面低副Ⅱ级组，各杆长可在80-340mm内无级调整，其他各种常见的杆组可根据需要自由装配； 2）两种单构件高副杆组 3）八种轮廓的凸轮构件，其从动件可实现八种运动规律： ⅰ）等加速等减速运动规律上升200mm，余弦规律回程，推程运动角180°，远休止角30°，近休止角30°，回程运动角120°，凸轮标号为1； ⅱ）等加速等减速运动规律上升20mm，余弦规律回程，推程运动角180°，远休止角30°，回程运动角150°，凸轮标号为2； ⅲ）等加速等减速运动规律上升20mm，余弦规律回程，推程运动角180°，回程运动角150°，近休止角30°，凸轮标号为3； ⅳ）等加速等减速运动规律上升20mm，余弦规律回程，推程运动角180°，回程运动角180°，凸轮标号为4； ⅴ）等加速等减速运动规律上升35mm，余弦规律回程，推程运动角180°，远休止角30°，近休止角30°，回程运动角120°，凸轮标号为5； ⅵ）等加速等减速运动规律上升35mm，余弦规律回程，推程运动角180°，远休止角30°，回程运动角150°，凸轮标号为6； ⅶ）等加速等减速运动规律上升35mm，余弦规律回程，推程运动角180°，回程运动角150°，近休止角30°，凸轮标号为7； ⅷ）等加速等减速运动规律上升35mm，余弦规律回程，推程运动角180°，回程运动角180°，凸轮标号为8； 4）模数相等齿数不同的7种直齿圆柱齿轮，其齿数分别为17，25，34，43，51，59，68，可提供21种传动比：与齿轮模数相等的齿条一个。 5）旋转式电机一台，其转速为10r/min。 6）直线式电机一台，其速度为10m/s。 2、平口起子和活动扳手各一把。 三、实验前的准备工作 1、要求预习实验，掌握实验原理，初步了解机构创新模型； 2、选择设计题目，初步拟定机构系统运动方案。

全息光学

全息光学 0821103班余文慧 全息光学原理：用相干光照射一个物体，物体反射的光波与一束相干光参考光波发生干涉，产生可视的、按一定规律分布的光强图样，用感光胶片将这种干涉图样记录下来，就形成全息图，该图中包含了物体的相位振幅全部信息。若用参考光或其共轭光照射该全息照片，物体的相位振幅信息就会重新在现出来。无论是从基本原理上，还是从拍摄和观察方法上，全息照相和普通照相都有着本质区别： 全息照相原理图如下： ○1镜面○2物体○3激光光源○4光学系统○5全息干板○6参考光○7物光 在此过程中，“拍照”过程是一个相干光的干涉过程，“再现”过程是一个光经过衍射光栅产生衍射图样的过程，全息干板相当于衍射光栅。由于相干需要相干性很好的光源，因此全息照相所用的光源是激光光源。 为什么会产生立体的效果呢？假如用一束激光照明一个微小颗粒。从小颗粒上反射出来的光波基本上是不断向外扩大的球面波。我们向小颗粒看去，是明亮的一点。用照相机为这小

颗粒照相时，光波通过镜头在底片上形成一个亮点，这一点的亮度与小颗粒反射出来的光强有关。照相底片可以记录下这一点的亮点，但记不下小颗粒在三维空间的位置，印出来的照片上也只有一个亮点。看起来没有一点立体感觉。拍摄全息照片时，不用照相镜头，而是把一束发出平面波的激光和小颗粒反射出的球面波一起照到照相底片上。整个底片都受到光照，它记录下的不是个亮点，而是一组同心圆。底片经冲洗后，放到原来的位置，再用拍摄时那束发出平面波的激光，以拍摄时的角度照到底片上，我们可以看到原来放置微小颗粒的位置上有一个亮点。注意。这个亮点在空间，而不是在底片上，我们看到的光就像是从这个亮点发出来的。所以，全息照片记录下来的不仅是一个亮点，还包含亮点的空间位置，或者说记下从亮点发出的整个光波。 任何物体实际上都可以看成是无数个明暗不同的亮点组成的立体图像。用上面的拍摄方法拍成的全息照片就是无数个同心圆组成的复杂图形，看起来也是灰暗的一片。同样，这张全息照片不仅记录了物体各点的明暗，还记下了各点的空间位置。当用参考光束照射冲洗后的底片时，我们看到的光就像是从原物体上发出来的。 应用：在我们的生活中，常常能看到全息摄影技术的运用。比如，在一些信用卡和纸币上，就有运用了全彩全息图像技术制作出的聚酯软胶片上的“彩虹”全息图像。大型全息图既可展示轿车、卫星以及各种三维广告，也可采用脉冲全息术再现人物肖像、结婚纪念照。小型全息图可以戴在颈项上形成美丽装饰，它可再现人们喜爱的动物，多彩的花朵与蝴蝶。模压彩虹全息图，既可成为生动的卡通片、贺卡、立体邮票，也可以作为防伪标志出现在商标、证件卡、银行信用卡，甚至钞票上。装饰在书籍中的全息立体照片，以及礼品包装上闪耀的全息彩虹。 全息技术不仅在生产实践和科学研究领域中有着广泛的应用。例如：全息电影和全息电视，全息储存、全息显示及全息防伪商标等，而且全息照相的方法从光学领域推广到其他领域。如微波全息、声全息等得到很大发展，成功地应用在工业医疗等方面。地震波、电子波、X 射线等方面的全息也正在深入研究中。全息图有极其广泛的应用。如用于研究火箭飞行的冲击波、飞机机翼蜂窝结构的无损检验等。现在不仅有激光全息，而且研究成功白光全息、彩虹全息，以及全景彩虹全息，使人们能看到景物的各个侧面。全息三维立体显示正在向全息彩色立体电视和电影的方向发展。 辅助设计软件： 由于实验条件的限制，更主要的是光学辅助设计能精确的达到实验目的，我们在进行全息照相光学系统设计时采用软件模拟的方法。CODE V是美国著名的Optical Research Associates 公司研制的具有国际领先水平的大型光学工程软件。可以分析优化各种非对称非常规复杂光学系统。这类系统可带有三维偏心和／或倾斜的元件；各类特殊光学面如衍射光栅、全息或二元光学面、复杂非球面、以及用户自己定义的面型；梯度折射率材料和阵列透镜等等。 参考文献：1. Optical Research Associates. Users’Guide. Version 9.2 2. 周海宪, 程云芳. 全息光学. 化学工业出版社

【实验报告】全息照相实验报告

全息照相实验报告 【实验目的】 1.了解全息照相的基本原理。 2.掌握全息照相以及底片的冲洗方法。 3.观察物象再现。 【实验仪器】 防震光学平台、氦氖激光器、高频滤波器)、扩束透镜(两个)、分束器、反射镜(两个)、全息Ⅰ型干版、显影液和定影液及暗房设备。 【实验原理】 全息照相与普通照相无论是在远离上还是在方发生都有本质的区别。普通照相是用几何光学的方法记录物体上各点的发光强度分部，得到的是二维平面像，像上各点的照度与物体上的各点发光强度一一对应。而全息照相的记录对象是整个物体发出的光波(即物体上各点发出的光波的叠加)，借助于参考光用干涉的方法记录这个物光波的振幅和位相(周相)分布，即记录下物光波与参考光波相干后的全部信息。此时，记录信息底片上得到的不是物体的像，而是细密的干涉条纹，就好像一个复杂无比的衍射光栅，必须经过适当的再照明，才能重建原来的无广播，从而再现物体的三维立体像。由于底片上任何一小部分都包含整个物体的信息，因此，只利用拍摄的全息底片的一小部分也能再现整个物像。 1.全息记录 全息照相的光路图如下图所示：

感光底板 用激光光源照射物体，物体因漫反射发出物光波。波场上没一点的振幅和相位都是空间坐标的函数。我们用O表示物光波没一点的复振幅与相位。用同一激光管员经分光板分出的另一部分光直接照射到地板上，这个光波称为参考光波，它的振幅和相位也是空间坐标的函数，其复振幅和位相用R表示，草考光通常为平面或球面波。这样在记录信息的底板上的总光场是物光与参考光的叠加。叠加后的复振幅为O+R，如图从而底板上各点的发光强度分布为 I(OR)(O*R*)OO*RR*OR*O*RIOIROR*O*R (式1) 式子中，O*与R*分别是O和R的共轭量;I。，IR分别为物光波和参考光波独立照射底版时的放光强度。 2.物相再现 3.底板经过曝光冲洗后，形成各处透光率不同的全息照片，它相当于一个复杂的光栅。一般来说，光透过这样的全息照片时，振幅以及位相都要发生变化。如果令 t=透过光的复振幅/入射光的复振幅(式2) 则复振幅透过率t一般为复数。但对于平面吸收型全息照片t为实数。如果曝光及冲洗合适，可使得 tt0KI (式3)