奇妙光學(xué)現(xiàn)象演示

1、奇妙光學(xué)現(xiàn)象演示講義主編：黃彥南昌航空大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心2010年9月3D立體影像 一、演示目的 給觀眾展示了人的視覺(jué)、3D成像、視覺(jué)暫留、紅外線傳播等知識(shí)內(nèi)容。二、演示原理：利用奇數(shù)場(chǎng)和偶數(shù)場(chǎng)分別編入左眼（或右眼）圖像信和右眼（或左眼）圖像信號(hào)，形成一種時(shí)分式立體電視圖像信號(hào)，并將該信號(hào)在電視屏幕上以的場(chǎng)掃描頻率顯示，利用一只光電換能器將電視屏幕上顯示的光同步信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將該電信號(hào)整形放大后形成倍頻幀同步脈沖信號(hào)，利用該信號(hào)控制一只視頻開關(guān)，該視頻開關(guān)按照倍頻奇偶場(chǎng)同步信號(hào)的控制輸出液晶眼鏡鏡片的開關(guān)信號(hào)，這樣觀察者通過(guò)液晶眼鏡以場(chǎng)頻的速率交替看到左眼圖像和右眼圖像，從而在觀察者大

2、腦中融合成一幅無(wú)閃爍的時(shí)分立體圖像。三、參與說(shuō)明：時(shí)分式的立體電視技術(shù)采用彩色電視信號(hào)的奇場(chǎng)和偶場(chǎng)進(jìn)行立體電視信號(hào)的編碼。時(shí)分法以一定速度輪換地傳送左右眼圖像，顯像端在熒光屏上輪流顯示左右兩眼的圖像。觀看者需戴上一副液晶眼鏡。眼鏡用一個(gè)發(fā)送端同步的開關(guān)控制，當(dāng)左眼圖像出現(xiàn)時(shí)，左眼的液晶透光，右眼的液晶不透光。相反，當(dāng)右眼圖像出現(xiàn)時(shí)，只有右眼的液晶透光。如此周而復(fù)始，以快于人類視覺(jué)暫留的速度進(jìn)行交替顯示，則人的大腦就會(huì)給蒙混過(guò)去而產(chǎn)生立體視覺(jué)了。海市蜃樓演示 一、演示目的 利用人工配制的折射率連續(xù)變化的介質(zhì)，演示光在非均勻媒質(zhì)中傳播時(shí)，光線彎曲的現(xiàn)象以及模擬自然界曇花一現(xiàn)的海市蜃樓景觀。二、裝置

3、結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)箱體尺寸600mm×350mm×450mm 海市蜃樓演示裝置其中：A：水槽 B：實(shí)景物； C：激光筆； D：射燈（220V 24W）； E：裝置門； F：水管入口； G：觀看實(shí)景物窗口； H：觀看光在水槽內(nèi)傳播路徑的窗口； K：觀看模擬海市蜃樓景觀的窗口；三、操作方法及現(xiàn)象演示 1、液體的配制 將裝置門E打開，水管插入F口內(nèi)固定好，向水槽內(nèi)注入深為槽深一半的清水，再將約3Kg食鹽放入清水中，用玻璃棒攪，使其溶解成近飽和狀態(tài)，再在其液面上放一薄塑料膜蓋住下面的鹽溶液，向膜上慢慢注入清水，直到水槽水近滿為止，稍后，將薄膜輕輕從槽一側(cè)抽出，此時(shí)，清水和食鹽水界面分明

4、，大約需6小時(shí)以后，由于擴(kuò)散，界面變沒(méi)了，在交界處形成了一個(gè)擴(kuò)散層，液體的折射率由下向上逐漸減少，產(chǎn)生一個(gè)密度梯度，此時(shí)液體配制完成。 2、現(xiàn)象演示 （1）打開激光筆C，從水槽側(cè)面窗口H觀察光束在非均勻食鹽水中彎曲的路徑。 （2）打開射燈D，照亮實(shí)景物，在景物另一側(cè)窗口K處觀察模擬的海市蜃樓景觀。 四、思考問(wèn)題 1、自然界海市蜃樓的景象，在日常生活中經(jīng)?？吹?，特別在炎熱的沙漠和湖邊更容易看到，但持續(xù)的時(shí)間短促，轉(zhuǎn)瞬即逝。利用人工方法模擬海市蜃樓，把大自然的壯觀幻景再現(xiàn)出來(lái)，使人能較長(zhǎng)時(shí)間觀察與研究這種現(xiàn)象。2、海市蜃樓景象，古時(shí)多有描述，宋代著名詩(shī)人蘇東坡在“海市”一詩(shī)中就描寫了海市蜃樓的迷人

5、的景色，但并沒(méi)有得到科學(xué)的解釋。由于空氣不穩(wěn)定，一陣風(fēng)就破壞了海市蜃樓的介質(zhì)條件，把天上的仙境吹得無(wú)影無(wú)蹤。這樣更為自然景象蒙上了神秘的色彩。在實(shí)驗(yàn)室里，只須攪動(dòng)一下容器中的“大氣”（溶液擴(kuò)散層），人為的蜃景也隨之煙消云散，使觀眾自然抹去了海市蜃樓的神奇色彩。 3、玻璃容器中的“大氣層”隨時(shí)間不斷變化，蜃景也跟著變化。介質(zhì)密度梯度的起伏都會(huì)使蜃景圖象產(chǎn)生形變，形成奇離不定的幻影，啟發(fā)人們深入研究這種現(xiàn)象。五、注意事項(xiàng)：1、液體配置時(shí)要使鹽充分溶解，并達(dá)到飽和；2、水不能加太多；3、實(shí)驗(yàn)完成后將水倒掉，并清洗水槽。光纖傳像演示 一、演示目的 演示光纖的傳像現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理及操作：利用光的全反射

6、原理可以制作光導(dǎo)纖維，光纖由兩種不同折射率的透明物質(zhì)構(gòu)成，例如塑料光纖，它是一根折射率較高的塑料絲，在它的外表面包有一層折射率較低的塑料膜層。由于光纖里面折射率高，外面折射率低，因此進(jìn)入光纖的光將發(fā)生全反射。光由光纖一端輸入，然后經(jīng)多次全反射由別一端輸出。由于全反射，損耗很小。光纖花演示 一、演示目的 了解光纖傳光束的原理與應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)原理及操作：光由光纖一端輸入，然后經(jīng)多次全反射由別一端輸出。由于全反射，損耗很小。光譜光柵 一、演示目的演示兩維正交光柵的衍射，以了解光柵光譜的特點(diǎn)。二、演示原理：本光譜管組包括六支直形光譜管，管中分別充進(jìn)氫、氦、汞、氖、氬、氮六種氣體。在黑暗的背景上看見(jiàn)有一

7、些不相連續(xù)的明線，這種光譜叫做明線光譜。明線光譜是氣體或蒸氣，（或處于氣態(tài)的化合物）在高溫下所發(fā)出的光生成的。各種元素的高溫蒸氣各有它自己特有的明線光譜，光譜中譜線的條數(shù)、位置、顏色都有所不同，通過(guò)這些譜線就可以識(shí)別它是哪種元素發(fā)出來(lái)的。這在光譜分析上是很重要的。學(xué)生仔細(xì)觀察光譜時(shí)，氫的光譜最簡(jiǎn)單也最容易觀察。它的譜線排列是Ha（紅），H（淺藍(lán)），Hr（藍(lán)）和H8（紫）如果用帶刻度的分光計(jì)來(lái)觀察，則所看到的氫原子在可見(jiàn)區(qū)和近紫外區(qū)的射光譜（巴爾末系）即Ha-6500A0；H-4800 A0；Hr-4300 A0；H8-4100 A0。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)了解明線光譜的結(jié)構(gòu)。三、操作說(shuō)明：接通電源，手

8、持光柵眼鏡，依次按下控制按鈕，觀察每個(gè)光譜管的光譜分布情況。同時(shí)按下兩個(gè)或三個(gè)按鈕，觀察分布情況。四、注意事項(xiàng)：為考慮光譜管使用壽命，不能長(zhǎng)時(shí)間按住按鈕，一般不要超過(guò)5秒鐘。光譜管為易碎產(chǎn)品，不要用手摸。窺視無(wú)窮 一、演示目的了解窺視無(wú)窮的原理，提高學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣。二、演示原理：窺視無(wú)窮鏡是由一面鍍有高反射率膜的兩片平板玻璃構(gòu)成，高反射率膜面朝內(nèi)安放，相互平行的兩片平板玻璃中間放置物體。物體發(fā)出或反射的光經(jīng)鍍有高反射率膜層面的來(lái)回反射，在窺視無(wú)窮鏡的左右兩邊形成一系列的虛像。三、操作說(shuō)明：打開電源開關(guān)，呈現(xiàn)窺視無(wú)窮像，觀察鏡中的多次反射成像現(xiàn)象。四、注意事項(xiàng)：不要拿起來(lái)觀看，以免損壞；不要弄

9、臟鏡面，以免影響成像質(zhì)量。光島（光學(xué)成像組合演示） 一、演示目的演示幾何光學(xué)中的各種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，進(jìn)行相應(yīng)的研究。二、操作方法： 實(shí)驗(yàn)前先調(diào)整儀器底座水平，使光島中心的光源打開，于是從光島中心向四周就射出各種單縫、多縫的光束來(lái)，把各種幾何透鏡的模型放在這些光束前面，觀察光束通過(guò)各式透鏡時(shí)光路的變化情況。三、注意事項(xiàng)：光學(xué)透鏡易碎，注意愛(ài)護(hù)。反射光柵立體畫 一、演示目的演示最新的立體印刷效果。二、演示原理和觀看：光柵是結(jié)合數(shù)碼科技與傳統(tǒng)印刷的技術(shù)，能在特制的膠片上顯現(xiàn)不同的特殊效果。在平面上展示栩栩如生的立體世界。光柵是一張由條狀透鏡組成的薄片，當(dāng)我們從鏡頭的一邊看過(guò)去，將看

10、到在薄片另一面上的一條很細(xì)的線條上的圖像，而這條線的位置則由觀察角度來(lái)決定。如果我們將這幅在不同線條上的圖像，對(duì)應(yīng)于每個(gè)透鏡的寬度，分別按順序分行排列印刷在光柵薄片的背面上，當(dāng)我們從不同角度通過(guò)透鏡觀察，將看到不同的圖像。根據(jù)研究，我們?nèi)祟惖难劬υ谟^察一個(gè)三維物體時(shí)，由于兩眼水平分開在兩個(gè)不同的位置上，所觀察到的物體圖像是不同的，它們之間存在著一個(gè)像差，由于這個(gè)像差的存在，通過(guò)人類的大腦，我們可以感到一個(gè)三維世界的深度立體變化，這就是所謂的立體視覺(jué)原理。 據(jù)立體視覺(jué)原理，如果我們能夠讓我們的左右眼分別看到兩幅在不同位置拍攝的圖像，我們應(yīng)該可以從這兩幅圖像感受到一個(gè)立體的三維空間。從前面的分析中

11、我們可以知道不同的觀察角度將可以看到不同的圖像。因如果我們將光柵垂直于兩眼放置，由于兩眼對(duì)光柵的觀察角度不同，因而兩眼會(huì)看到兩個(gè)不同的圖像，從而產(chǎn)生立體感。將光柵平置于兩眼之間，注意兩眼對(duì)光柵的線紋角度要保持平行，因而兩眼看到的是同一個(gè)圖像，如果圖像是由一列連續(xù)動(dòng)畫所構(gòu)成，那么當(dāng)雙眼上下移動(dòng)或把光柵上下翻動(dòng)時(shí)，雙眼與光柵的角度將發(fā)生變化，我們也將看到一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)圖像，即看到一個(gè)動(dòng)畫或變畫的效果?；パa(bǔ)色圖像 一、演示目的演示人的雙眼視差效應(yīng)。二、演示原理：我們觀察萬(wàn)物之所以呈現(xiàn)立體狀態(tài)是由于人的雙眼視差效應(yīng)即物光進(jìn)入雙眼在視網(wǎng)膜上成像。由于兩眼相距一定距離，在兩眼底所形成的兩幅圖像是基本相同

12、但又稍有差異而存在一定視差，經(jīng)大腦綜合后就成形了一幅立體圖像。 人的大腦在綜合兩眼的圖像信息時(shí)，其中一個(gè)很重要的因素，就是物點(diǎn)光線的入射方向，人眼可根據(jù)各物點(diǎn)發(fā)射到人眼光線的方向，判定該物點(diǎn)的方向及遠(yuǎn)近。為了觀察到有立體感的圖像，就需要做到：左眼只看到右畫面，右眼只看到左畫面。紅藍(lán)眼鏡是利用色彩三原色的紅藍(lán)（綠）三色光，透過(guò)紅藍(lán)（綠）鏡片的濾光作用，讓紅色鏡片濾掉藍(lán)（綠）色光，藍(lán)（綠）色鏡片濾掉紅色光，迫使左右雙眼能觀看各自的色光影像，利用立體影像的制作原理，制作出使用紅藍(lán)眼鏡觀賞的立體影像。三、操作說(shuō)明：參與者戴上紅藍(lán)互補(bǔ)色眼鏡，通過(guò)眼鏡看互補(bǔ)色圖像，可以看到精美的立體圖像。四、注

13、意事項(xiàng)：不要把眼鏡帶反，紅色鏡片在左邊，藍(lán)色鏡片在右邊。偏振光干涉演示 一、演示目的觀察偏振光的干涉現(xiàn)象 二、實(shí)驗(yàn)原理： 在儀器內(nèi)的透光材料是由里到外用不同層數(shù)的薄膜拼制而成的圖案，薄膜內(nèi)部存在著非均勻分布的殘余應(yīng)力。線偏振光通過(guò)這些模型后產(chǎn)生應(yīng)力雙折射，分成有一定相差且振動(dòng)方向互相垂直的兩束光，這束光的傳播方向是同向的，這兩束光通過(guò)最外層的偏振片后成為相干光，發(fā)生偏振光干涉。對(duì)于不同層數(shù)的薄膜拼制而成的圖案，由于應(yīng)力均勻，雙折射產(chǎn)生的光程差由厚度決定，各波長(zhǎng)的光干涉后的強(qiáng)度均隨厚度而變，故而合成后呈現(xiàn)與層數(shù)分布對(duì)應(yīng)的色彩圖案。各波長(zhǎng)的光干涉后的強(qiáng)度隨應(yīng)力分布而變，則合成后呈現(xiàn)與應(yīng)力分布對(duì)應(yīng)的

14、不規(guī)則彩色條紋。轉(zhuǎn)動(dòng)外層偏振片，即改變兩偏振片的偏振化方向夾角，也會(huì)影響各波長(zhǎng)的光干涉后的強(qiáng)度，使圖案顏色發(fā)生變化。利用偏振光的干涉，可以考察透明元件是否受到應(yīng)力以及應(yīng)力的分布情況。這稱為光測(cè)彈性。三、操作方法： 1.觀察儀器內(nèi)的圖形，都是無(wú)色透明的元件。     2.打開光源，這時(shí)立即觀察到偏振光干涉條紋。   四、注意事項(xiàng)：取放玻璃片要小心輕放，注意安全?；糜昂铣?一、演示目的了解幾何光原理。二、演示原理：隱藏在窺視孔內(nèi)的屏幕播放著三維影像，此影像（光線）通過(guò)屏幕對(duì)凹面鏡反射回來(lái)，鏡子的曲度使反射光線匯聚，故影像每一點(diǎn)發(fā)出的光都被匯聚在凹面鏡前空間相應(yīng)的點(diǎn)了，當(dāng)影像每一點(diǎn)被這樣匯聚時(shí)，就在凹面鏡前相應(yīng)位置形成影像，我們把這個(gè)影像再通過(guò)一個(gè)分光鏡反射到窗口外部，在空間就會(huì)呈現(xiàn)出逼真的立體像。三、演示效果：當(dāng)你誤把經(jīng)凹面鏡反射的映像當(dāng)作屏幕上正在播放的實(shí)像而用手去抓時(shí)，當(dāng)然是什么也抓不到了。當(dāng)把影像放到凹面鏡二倍焦距處，在空中呈現(xiàn)出等大逼真的立體像，所成影像不僅具備較高的清晰度