大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽建議及補(bǔ)充說(shuō)明

1、2016物理競(jìng)賽16-6-7報(bào)名和題目 報(bào)名和交作品 9-10 前 /news/News_Info.aspx?typeid=205&id=396 聲波的聚焦，光測(cè)量裝置 /race/info.aspx?typeid=228&id=20聲波的聚焦一、題目一、題目1 1（基礎(chǔ)題）；聲波的聚焦（基礎(chǔ)題）；聲波的聚焦基本要求：設(shè)計(jì)和制作演示聲波聚焦的實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)對(duì)聲強(qiáng)分布、焦點(diǎn)能量和焦斑長(zhǎng)度等參數(shù)的定量測(cè)量，描述該物理現(xiàn)象，并發(fā)掘物理內(nèi)涵。主要評(píng)判依據(jù)：（1）物理原理與物理圖像；（2）聚焦效果與定量數(shù)

2、據(jù)；（3）創(chuàng)新點(diǎn)；（4）裝置的制作技巧。背景資料：背景資料：聲波，也有與光波類似的性質(zhì)，在不同介質(zhì)中有不同的速度，在界面會(huì)發(fā)生反射、折射的現(xiàn)象，可以利用曲面、類透鏡等對(duì)聲波進(jìn)行聚焦。制作這樣的聲波聚焦裝置，并進(jìn)行定量測(cè)量，可加深對(duì)這一現(xiàn)象和物理機(jī)制的了解和理解。光的聚焦常見(jiàn)方法 凸透鏡 菲涅耳波帶片 凹反射鏡凸透鏡將將平行平行光線光線（如陽(yáng)光）平行于主光軸（如陽(yáng)光）平行于主光軸（凸透鏡凸透鏡兩兩個(gè)球面的球心的連線稱為此透鏡的主光軸）射入個(gè)球面的球心的連線稱為此透鏡的主光軸）射入凸透鏡，光在透鏡的兩面經(jīng)過(guò)兩次凸透鏡，光在透鏡的兩面經(jīng)過(guò)兩次折射折射后，集中后，集中在軸上的一在軸上的一點(diǎn)點(diǎn)特點(diǎn)特點(diǎn)：

3、與折射率：與折射率n相關(guān)，而折射率相關(guān)，而折射率n與頻率（波長(zhǎng)）相關(guān)與頻率（波長(zhǎng)）相關(guān)菲涅爾波帶片特點(diǎn)：焦距直接與波長(zhǎng)相關(guān)凹面鏡凹面鏡凹面鏡是反射成像是反射成像 。面鏡（包括。面鏡（包括凸面鏡凸面鏡）不是使光線透過(guò)，而是反射回去成）不是使光線透過(guò)，而是反射回去成像的儀器，光線遵守像的儀器，光線遵守反射定律反射定律。這種鏡面稱為。這種鏡面稱為會(huì)聚會(huì)聚，因?yàn)樗鼈儍A向?qū)⑸渲?，因?yàn)樗鼈儍A向?qū)⑸渲帘砻娴墓饩€收集起來(lái)，平行入射的光線將會(huì)被重新聚集在焦點(diǎn)上，這也是因表面的光線收集起來(lái)，平行入射的光線將會(huì)被重新聚集在焦點(diǎn)上，這也是因?yàn)楸砻婷總€(gè)點(diǎn)的法線方向不同，光線以不同的角度反射。凹面鏡不僅可以使為表面每個(gè)點(diǎn)

4、的法線方向不同，光線以不同的角度反射。凹面鏡不僅可以使平行光線匯聚于焦點(diǎn)，還能使焦點(diǎn)發(fā)出的光線反射成平行光平行光線匯聚于焦點(diǎn)，還能使焦點(diǎn)發(fā)出的光線反射成平行光。制制鏡方程式是物距（鏡方程式是物距（d1）和像距（）和像距（d2）到焦距（）到焦距（f）距離的關(guān)系。）距離的關(guān)系。 1/d1+1/d2=1/f 鏡子的放大率是像距的高除以物距的高。鏡子的放大率是像距的高除以物距的高。 m=-d2/d1特點(diǎn)：與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但是球面像差明顯，純球面聚焦的精度較低特點(diǎn)：與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但是球面像差明顯，純球面聚焦的精度較低聲波與光波 可見(jiàn)光是可見(jiàn)光是電磁波譜電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見(jiàn)光譜沒(méi)有精確的范圍；一中

5、人眼可以感知的部分，可見(jiàn)光譜沒(méi)有精確的范圍；一般人的眼睛可以感知的般人的眼睛可以感知的電磁波電磁波的波長(zhǎng)在的波長(zhǎng)在400760nm之間，但還有一些人能之間，但還有一些人能夠感知到波長(zhǎng)大約在夠感知到波長(zhǎng)大約在380780nm之間的之間的電磁波電磁波。 人耳能聽(tīng)到的聲波的頻率范圍通常在人耳能聽(tīng)到的聲波的頻率范圍通常在2020000Hz之間，叫做可聽(tīng)聲；之間，叫做可聽(tīng)聲；故答案為：故答案為：20Hz20000Hz 波波長(zhǎng)長(zhǎng)=波速波速/頻頻率率 波波速一般是速一般是340米米/秒；秒； 人人耳聽(tīng)到的聲音的頻率是耳聽(tīng)到的聲音的頻率是20HZ-20KHZ 所所以得出人耳聽(tīng)到的聲音的波長(zhǎng)：以得出人耳聽(tīng)到的聲

6、音的波長(zhǎng)：0.017-17米米人聲：人聲： 男：低音男：低音82392Hz，基準(zhǔn)音區(qū)，基準(zhǔn)音區(qū)64523Hz 男男中音中音123493Hz，男高音，男高音164698Hz 女：低音女：低音82392Hz，基準(zhǔn)音區(qū)，基準(zhǔn)音區(qū)1601200Hz 女低音女低音123493Hz，女高音，女高音2201.1KHz聲聚焦考慮是否是同一頻率的聲音如果頻率范圍大，只能用凹面反射的原理同一頻率的可以用凸透鏡原理基本要找的：材料（參數(shù)：類似的折射率或者反射率，考慮加工難度）聲聚焦定義：凹面對(duì)聲波形成集中反射，使反射聲聚焦于某個(gè)區(qū)域，造成聲音在該區(qū)域特別響的現(xiàn)象。*來(lái)源：百度聲的測(cè)量用分貝儀啊,綜藝節(jié)目常見(jiàn)的,聽(tīng)觀

7、眾掌聲有多激烈的.你要自己做的話,可以用一個(gè)小麥頭接到電路,再用單片機(jī)AD讀電壓值. （百度解答）光測(cè)量裝置光測(cè)量裝置基本要求：利用普通激光筆（小于5mW），設(shè)計(jì)、制作一非接觸光測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置（或儀器），例如可測(cè)量玻璃的厚度、折射率、平整度等參數(shù)。主要評(píng)判依據(jù)：（1）物理思想和實(shí)驗(yàn)原理；（2）測(cè)量準(zhǔn)確性、精確度和便利性；（3）創(chuàng)新點(diǎn)與設(shè)計(jì)的巧妙性；（4）性價(jià)比。背景資料：普通激光筆價(jià)格低廉，廣泛用于我們的課堂，但是，它并不僅僅只能這樣使用。想一想，它在非接觸測(cè)量還有什么樣的潛力？巧妙的設(shè)計(jì)，說(shuō)不定還能做出簡(jiǎn)便的、精度相當(dāng)高的、功能多樣的實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置呢！激光特點(diǎn)激激光主要有四大特性：激光高亮度、高

8、方向性、高單色性和高光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高單色性和高相干相干性性 激光的高亮度：固體激光器的亮度更可高達(dá)激光的高亮度：固體激光器的亮度更可高達(dá)1011Wcm2Sr。不僅如此，具有高亮度的激光束經(jīng)透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)附近不僅如此，具有高亮度的激光束經(jīng)透鏡聚焦后，能在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬(wàn)度的高溫，這就使其可能可加工幾乎所有產(chǎn)生數(shù)千度乃至上萬(wàn)度的高溫，這就使其可能可加工幾乎所有的材料。的材料。 激激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長(zhǎng)的光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地傳遞較長(zhǎng)的距離的同時(shí)，還能保證聚焦得到極高的功率密度，這兩點(diǎn)都是距離的同時(shí)，還能保證

9、聚焦得到極高的功率密度，這兩點(diǎn)都是激光加工的重要條件激光加工的重要條件 激激光的高單色性：由于激光的單色性極高，從而保證了光束能光的高單色性：由于激光的單色性極高，從而保證了光束能精確地聚焦到焦點(diǎn)上，得到很高的功率密度。精確地聚焦到焦點(diǎn)上，得到很高的功率密度。 激激光的高相干性：相干性主要描述光波各個(gè)部分的相位關(guān)系光的高相干性：相干性主要描述光波各個(gè)部分的相位關(guān)系。來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：便宜 精度差一種激光外差多普勒玻璃厚度測(cè)量方法運(yùn)用Mat lab 軟件結(jié)合FFT 技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn), 結(jié)果表明該方法在測(cè)量1 10 mm 的平板玻璃時(shí), 誤差小于1 %.*光子學(xué)報(bào) Vol .37 No .8 Aug ust 2008問(wèn)題：只有理論，成本高，能否完成？多光束激光外差高精度