成像法研究牛頓環(huán)

(上海交通大學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

成像法研究牛頓環(huán)

(上海交通大學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心)

1 主要內(nèi)容

在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)廣泛開設(shè)的實(shí)驗(yàn). 對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，把單純的牛頓環(huán)測(cè)量實(shí)驗(yàn)改造成為牛頓環(huán)成像測(cè)量與圖像處理的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn). 運(yùn)用通用CMOS傳感器，并配以高質(zhì)量的透鏡及其他光學(xué)元件，獲得了清晰的畸變很小的牛頓環(huán)圖像.

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容有(3學(xué)時(shí))：

1)學(xué)習(xí)光路同軸等高的調(diào)整方法，調(diào)節(jié)光路至同軸等高；

2)進(jìn)一步了解光的干涉原理，分別利用透射光和反射光觀察光的等厚干涉現(xiàn)象，拍攝相應(yīng)的清晰的牛頓環(huán)照片；

3)了解光學(xué)成像法處理圖形的工作原理，了解景深概念；

4)了解光學(xué)放大倍數(shù)概念，拍攝清晰的標(biāo)尺圖像；

5)學(xué)習(xí)利用圖像處理軟件“Image Stacker”和“Image J”處理圖像噪聲；

6)學(xué)習(xí)繪圖軟件“Microsoft Visio”，利用該軟件進(jìn)行尺寸測(cè)量；

7)利用Origin作圖，計(jì)算透鏡的曲率半徑R和d0值；

8)研究不同性質(zhì)的光源成像特點(diǎn)(選做).

透射光路和反射光路的成像圖如圖1～2所示.

圖1 透射光路成像

圖2 反射光路成像

2 創(chuàng)新點(diǎn)

把圖像處理的知識(shí)引入到牛頓環(huán)成像實(shí)驗(yàn)中，開放性的設(shè)計(jì)能賦予實(shí)驗(yàn)更多的內(nèi)容. 在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容的基礎(chǔ)上接觸和學(xué)習(xí)光學(xué)成像在現(xiàn)代圖像識(shí)別、機(jī)器視覺等自動(dòng)測(cè)量中的應(yīng)用, 學(xué)生動(dòng)手與思考的機(jī)會(huì)進(jìn)一步得到加強(qiáng). 通用軟件的應(yīng)用，使學(xué)生走出課堂后仍可以受益.

3 主要成效

該實(shí)驗(yàn)已經(jīng)在“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)1”大面積教學(xué)中運(yùn)行多年，教學(xué)效果良好. 任課教師反映，拍攝的圖像質(zhì)量比原有的實(shí)驗(yàn)圖像有了明顯提高，學(xué)生對(duì)于通用軟件的掌握速度也比預(yù)期快. 參觀實(shí)驗(yàn)中心的兄弟院校教師，對(duì)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)課中的內(nèi)容擴(kuò)展表示稱贊，對(duì)于引入的通用軟件學(xué)習(xí)的教學(xué)理念，也給予了充分的肯定.

(執(zhí)筆：楊文明,王宇興)

國家級(jí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心典型教學(xué)案例集錦(續(xù)五)

(國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 物理學(xué)科組)

本期刊登上海交通大學(xué)、廣西師范大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和青島大學(xué)有關(guān)專家、教授介紹實(shí)驗(yàn)中心的優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容精彩、實(shí)驗(yàn)構(gòu)思巧妙、實(shí)驗(yàn)技術(shù)先進(jìn)、實(shí)驗(yàn)做法靈活，非常利于學(xué)生知識(shí)的獲取和能力的提高，供廣大讀者借鑒、參考.