(上海交通大學 物理實驗教學中心)

成像法研究牛頓環(huán)

(上海交通大學 物理實驗教學中心)

1 主要內(nèi)容

在大學物理實驗中，牛頓環(huán)實驗是一個廣泛開設的實驗. 對實驗進行了重新設計，把單純的牛頓環(huán)測量實驗改造成為牛頓環(huán)成像測量與圖像處理的綜合性設計性實驗. 運用通用CMOS傳感器，并配以高質(zhì)量的透鏡及其他光學元件，獲得了清晰的畸變很小的牛頓環(huán)圖像.

實驗內(nèi)容有(3學時)：

1)學習光路同軸等高的調(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，拍攝相應的清晰的牛頓環(huán)照片；

3)了解光學成像法處理圖形的工作原理，了解景深概念；

4)了解光學放大倍數(shù)概念，拍攝清晰的標尺圖像；

5)學習利用圖像處理軟件“Image Stacker”和“Image J”處理圖像噪聲；

6)學習繪圖軟件“Microsoft Visio”，利用該軟件進行尺寸測量；

7)利用Origin作圖，計算透鏡的曲率半徑R和d0值；

8)研究不同性質(zhì)的光源成像特點(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

把圖像處理的知識引入到牛頓環(huán)成像實驗中，開放性的設計能賦予實驗更多的內(nèi)容. 在傳統(tǒng)實驗原理、內(nèi)容的基礎上接觸和學習光學成像在現(xiàn)代圖像識別、機器視覺等自動測量中的應用, 學生動手與思考的機會進一步得到加強. 通用軟件的應用，使學生走出課堂后仍可以受益.

3 主要成效

該實驗已經(jīng)在“大學物理實驗1”大面積教學中運行多年，教學效果良好. 任課教師反映，拍攝的圖像質(zhì)量比原有的實驗圖像有了明顯提高，學生對于通用軟件的掌握速度也比預期快. 參觀實驗中心的兄弟院校教師，對牛頓環(huán)實驗課中的內(nèi)容擴展表示稱贊，對于引入的通用軟件學習的教學理念，也給予了充分的肯定.

(執(zhí)筆：楊文明,王宇興)

國家級物理實驗教學示范中心典型教學案例集錦(續(xù)五)

(國家級實驗教學示范中心 物理學科組)

本期刊登上海交通大學、廣西師范大學、中國科學技術大學和青島大學有關專家、教授介紹實驗中心的優(yōu)質(zhì)實驗項目，這些實驗項目的實驗內(nèi)容精彩、實驗構(gòu)思巧妙、實驗技術先進、實驗做法靈活，非常利于學生知識的獲取和能力的提高，供廣大讀者借鑒、參考.