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1、实验二十七 动力学共振法测定材料的杨氏弹性模量 【预习题】1外延测量法有什么特点?使用时应注意什么问题? 答:所谓外延测量法,就是所需要的数据在测量数据范围之 外,一般很难测量,为了求得这个数,采用作图外推求值的方 法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线,再将曲线按原规 律延长到待求值范围,在延长线部分求出所要的值。 使用外延测量法时应注意:外延法只适用于在所研究范围内没有 突变的情况,否则不能使用2悬丝的粗细对共振频率有何影响?答:在一定范围内,悬丝的直径越大时,共振频率反而越小。因为共振频率与阻尼的关系为二 2 - 2 P 2,悬丝直径大时,” 0阻尼相应较大,即0大,则共振频率应该较小
2、。当然,悬丝直径也不可过粗,太粗的悬丝对于棒振动时振幅的影响很大,即a二m变小,而不利于信号的拾取。(2 一2)2 + 40 220pp【思考题】1在实际测量过程中如何辨别共振峰真假? 答:理论上认为,“改变信号发生器输出信号的频率,当其 数值与试样棒的某一振动模式的频率一致时发生共振,这时试样 振动振幅最大,拾振器输出电信号也达到最大”。实验中,并非 示波器检测到信号峰值处频率都为样品棒的共振频率,由样品支 架和装置其它部分的振动也会导致示波器检测到极值信号。因此 正确真假判别共振信号对于测量相当重要。真假共振峰的判别方法有好几种,如预估法和撤耦法,预 估法指利用已知的金属杨氏模量,利用公式
3、估算出共振频率,撤 耦法指用手托起试样棒,此时拾振信号应消失,反之为假信号。 预估法和撤耦法结合起来用比较好:预估法可判断出共振频率的 大致范围,而撤耦法则可做进一步精确判断。另外,还可以在不 放铜棒的情况下先做一个粗略检测,即将可能的干扰信号频率做 一个排除。2如何测量节点的共振频率。答:从实验装置图中可以看出,试样振动时,由于悬丝的作 用,棒的振动并非原理中要求的自由振动,而是存在阻尼下的受 迫振动,所检测共振频率随悬挂点到节点的距离增大而增大。若 要测量(27-1)式中所需的试样棒基频共振频率,只有将悬丝挂 在节点处,处于基频振动模式时,试样棒上存在两个节点,它们 的位置距离分别为0.2
4、24L和0.776L处。在节点处的振动幅度几乎 为零,很难检测,所以要想测得试样棒的基频共振频率需要采取 内插测量法。所谓内插测量法,就是所需要的数据在测量数据范 围之内,而不方便进行测量,为了求得这个数,采用作图内插求 值的方法。具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线,再求出所 要的值。内插法只适用于在所研究范围内没有突变的情况,否则 不能使用。在本实验中就是以悬挂点位置为横坐标,以共振频率 为纵坐标作出关系曲线图,求得曲线最低点(节点)对应的频率 即为试样棒的基频共振频率f。实验二十八 迈克耳孙干涉仪的调节和使用 预习题】1迈克耳孙干涉仪主要由哪些光学元件组成,各自的作用是什 么?答:迈克耳
5、孙干涉仪主要由分光板G1、补偿板G2、可移动平 面反射镜M1和固定平面反射镜M2 4种光学元件组成。G1的作用是 将一束光分成强度大致相同的两束光反射光( 1)和透射光(2); G2的材料和厚度与G1相同,作用是补偿光束(2 )的光 程,使光束( 2)与光束( 1)在玻璃中走过的光程大致相同; M1 的作用是反射(1)光;M2的作用是反射(2)光。2怎样调节可以得到等倾干涉条纹?怎样调节可以得到等厚干 涉条纹?答:当MM?严格垂直时,调出的圆条纹为等倾干涉条纹。当M 、 M 不垂直时,调出的干涉条纹为等厚干涉条纹。123 如何用He-Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹?在调节和测 其波长时要注意
6、什么?答: 用He 一 Ne激光调出非定域的等倾干涉条纹的方法如 下:(1)调节He-Ne激光束大致与平面镜M2垂直。(2)遮住平面镜M1,用自准直法调节M背后的三个微调螺 丝,使由M2反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中, 此时入射光大致垂直平面镜M 2。(3)遮住平面镜M2,调节平面镜M1背后的三个微调螺丝, 使由M1反射回来的一组光点象中的最亮点返回激光器中,使平面镜M1和M2大致垂直。(4)观察由平面镜M1、M2反射在观察屏上的两组光点象, 再仔细微调 M1、 M 2背后的三个调节螺丝,使两组光点象中最亮 的两点完全重合。(5)在光源和分光板G1之间放一扩束镜,则在观察屏上就 会
7、出现干涉条纹。缓慢、细心地调节平面镜 M 2下端的两个相互 垂直的拉簧微调螺丝,使同心干涉条纹位于观察屏中心。在测量He-Ne激光波长时要注意:眼睛不要正对着激 光束观察,以免损伤视力。思考题】 1迈克耳孙干涉仪观察到的圆条纹和牛顿环的圆条纹有何本质 不同?答:迈克尔逊干涉仪观察到的圆条纹是等倾干涉条纹,且条 纹级次中心高边缘低;而牛顿环的圆条纹为等厚干涉条纹,条纹 级次是中心低边缘高。实验二十九用旋光仪测糖溶液浓度预习题】1测量糖溶液旋光度的基本原理是什么?当偏振光通过某些透明物质(如糖溶液)后,偏振光的振动 面将以光的传播方向为轴线旋转一定角度,这一现象称为旋光现象。偏振光所转过的角度叫旋
8、光度,对某一旋光溶液,旋光度申与 偏振光通过溶液的l长度和溶液浓度C成正比,即c-L2什么叫左旋物质和右旋物质?如何判断?当偏振光通过一些物质后,偏振光的振动方向发生旋转,人 们称这种物质为旋光物质。不同的旋光物质可使偏振光的振动面 向不同的方向旋转,若面对光源,使振动面顺时针旋转的物质称 为右旋物质,使振动面逆时针旋转的物质称为左旋物质。 思考题】1本实验为什么采用了三分视场的方法(半荫法)来测量旋光 溶液的旋光度?由于人们的眼睛很难准确地判断视场是否全暗,因而会引起 测量误差。所以采用了三分视场的方法(半荫法)来测量旋光溶 液的旋光度。实验三十 偏振现象的观测与研究【预习题】1强度为I的自
9、然光通过偏振片后,其强度I 11,为什么?应0 2用偏振片时,马吕斯定律是否适用,为什么?答:由于偏振片的吸收,使强度为I的自然光通过偏振片后, 其强度I 11。应用偏振片时,马吕斯定律仍适用,这是因为实 0 2验中测量的各光强都经过检偏器(偏振片2)后的光强,所以其相 对光强比仍为余弦的平方。2本实验为什么要用单色光源照明?根据什么选择单色光源的 波长?若光波波长范围较宽,会给实验带来什么影响? 答:因为中要用 1/2波片和1/4波片,所以要用单色光源照 明。又因为1/2波片和1/4波片都是对某一单色光而言,所以实验 中必须使用与之相对应的单色光源的波长。若光波波长范围较 宽, 1/2波片和
10、1/4波片将不能发挥其作用,实验中将看不到应有 的实验现象。【思考题】1试说明椭圆偏振光通过1/4波片后变成平面偏振光的条件。 答:椭圆偏振光通过1/4波片后变成平面偏振光的条件是: 1/4波 片的光轴与椭圆偏振光椭圆的长轴或短轴平行。2自然光垂直照在一块1/4波片上,再用一块偏振片观察该波片 的透射光,转动偏振片 3600,能看到什么现象?固定偏振片转动波 片3600,又看到什么现象?为什么?答:自然光垂直照在一块1/4波片上,再用一块偏振片观察该 波片的透射光,转动偏振片 3600,看到的现象是光强不变。固定 偏振片转动波片3600,看到的现象仍是光强不变。因为自然光经 1/4波片后仍为自
11、然光,所以无论是转动偏振片还是转动波片看到 的现象都是光强不变。实验三十二 用双棱镜干涉测钠光波长思考题】1双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝?为什么缝要很窗窄才 可以得到清晰的干涉条纹?答:在双棱镜和光源之间放一狭缝是为了获得两相干光源。因为光源的线度对干涉条纹的可见度有影响,当缝宽d大于临界宽 度时,干涉条纹的可见度为零,所以缝要很窄才可以得到清晰的 干涉条纹。(定量分析见:姚启钧原著,光学教程第三版, P38-P40)2 试证明公式d = dT。1 2证:成大像时,物距为s ,像距为s;,根据横向放大率公式得狭 缝宽度:d二二 ds; 成小像时,物距为 s ,像距为 s ,根据横向放大率公
12、式得狭缝宽 22s22根据光路的对称性得,s = ss = s1 2 2 1 将、式相乘,代入得:证毕。实验三十三 全息照相预习题】1 普通照相和全息照相的区别在哪里?答:普通照相底片上记录的图象只反映了物体上各点发光的 强弱变化,也就是只记录了物光的振幅和频率信息,而丢失了物 光相位信息,所以在照相纸上显示的只是物体的二维平面像,丧 失了物体的三维特征。全息照相与普通照相完全不同,它不用透镜或其他成像装 置,而是利用光的干涉,把光波的振幅和位相信息全部记录了下 来。并且在一定条件下,得到的全息图还能将所记录的全部信息 完全再现出来,因而再现的像是一个逼真的三维立体像。2全息照相的两个过程是什
13、么?怎样才能把物光的全部信息同 时记录下来呢?答:全息照相的两个过程是拍摄与再现。全息照相不用透镜 或其他成像装置,而是利用光的干涉,把物光的振幅和位相信息 全部记录了下来。3 如何获得全息图的再现像?答:将全息图放在拍摄时的底片夹上,将扩束后的激光以参考光相同的角度照射全息图,透过全息图朝原来拍摄时放置物体的方向看去,就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。4为什么物光和参考光的光程要大致相等即光程差要尽量的小?答:保证物光波和参考光波有良好的相干性。思考题】1拍摄一张高质量的全息图应注意哪些问题?答:为保证全息照片的质量,各光学元件应保持清洁。若光学元件表面被污染或有灰尘,应按实验室规定方法
14、处理,切忌用手、手帕或纸片等擦拭。2绘出拍摄全息图的基本光路,说明拍摄时的技术要求。答:拍摄全息图的基本光路如下:拍摄时的技术要求,主要有:(1)全息实验台的防震性能要好。(2)要有好的相干光源。同时要求物光波和参考光波的 光程尽量相等,光程差尽量小,以保证物光波和参考光波有良好的相干性。(3)物光和参考光的光强比要合适,一般选择 1: 2到15之间为宜。两者间的夹角在30到90度之间。 3全息图的主要特点是什么? 答:全息图上记录的是物光和与参考光相干涉时,形成的不 规则干涉条纹。条纹的形状与被拍摄物体没有任何几何相似性,而图上任何一小部分都包含着整个物体的信息。4为什么被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像?答:因为全息图上任何一小部分都包含着整个物体的信息,所以被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像。