1、设计性研究性物理实验实例介绍马世红复旦大学物理实验教学中心20052005年年1010月月2323日，南京日，南京一、引言一、引言 以定性与（半）定量相结合的方式以定性与（半）定量相结合的方式来叙述这些问题！来叙述这些问题！三、教材已正式出版三、教材已正式出版一、引言一、引言 1、什么是设计性研究性物理实验？、什么是设计性研究性物理实验？它比传统的测量性、验证性实验更有利于培养学生的开拓精神和创新能力。2、为什么为什么要开设设计性研究性物要开设设计性研究性物理实验？理实验？全国教育工作会议记要2、为什么为什么要开设设计性研究性物要开设设计性研究性物理实验？理实验？2、为什么为什么要开设设计性研
2、究性物要开设设计性研究性物理实验？理实验？高等学校基础课实验教学示范中心建设标准：（一般不低于30）国家级实验教学示范中心评审指标体系：教学体系与教学内容（权重10）：1、建立与理论教学有机结合，以能力培养为核心，分层次的实验教学体系，涵盖基本型实验、综合设计型实验、研究创新型实验等。教学方法与教学手段（权重10）：1、重视实验技术研究，实验项目选择、实验方案设计有利于启迪学生思维和创新意识。实验原理实验原理全息照相的两个基本过程全息照相的两个基本过程 全息图的记录和重现全息图的记录和重现物理本质物理本质 相干光束的干涉和光的衍射相干光束的干涉和光的衍射1.如何拍好一张全息图片？如何拍好一张全
3、息图片？yxh42研究一：研究一：实验平台的稳定性问题？外界的干扰？实验平台的稳定性问题？外界的干扰？所使用的防震平台或一般平台（桌子、气垫等）对所使用的防震平台或一般平台（桌子、气垫等）对拍摄全息图的影响？拍摄全息图的影响？涉及到对全息实验平台稳定性的检验的问题！涉及到对全息实验平台稳定性的检验的问题！观察外界的干扰？观察外界的干扰？人的走动、跳动、门的开关、开电风人的走动、跳动、门的开关、开电风扇、扇、设计一：设计一：如何确定平台是否稳定？如何确定平台是否稳定？利用所学过的光学知识解决问题！利用所学过的光学知识解决问题！利用读数显微镜或屏幕观察条纹利用读数显微镜或屏幕观察条纹 要求：干涉条
4、纹迁移小于要求：干涉条纹迁移小于1/5条纹的间隙！条纹的间隙！研究二研究二：光学元件的调节与固定？光学元件的调节与固定？元件固定、夹具、干版的自由端、元件固定、夹具、干版的自由端、调节部分的多少、调节部分的多少、设计二：设计二：如何避免干涉条纹的漂移？如何避免干涉条纹的漂移？太紧或太松？太紧或太松？气垫的充气程度？塑料泡沫、桌子气垫的充气程度？塑料泡沫、桌子研究三：研究三：外界的干扰因素有哪些？外界的干扰因素有哪些？人的走动、跳动、门的开关、人的走动、跳动、门的开关、开电风扇开电风扇(气流气流)、温差、温差、研究四：研究四：选择光源？选择光源？能量强弱：强，则稳定性要求低能量强弱：强，则稳定性
5、要求低光源的相干性光源的相干性 激光激光大物体、大景深的目标大物体、大景深的目标 长相干长度激光器长相干长度激光器2.如何选择所用的全息干版？如何选择所用的全息干版？研究五：研究五：干版的光谱范围、分辨本领、灵干版的光谱范围、分辨本领、灵敏度、厚度、敏度、厚度、.设计三：设计三：如何确定干版的光谱范围？如何确定干版的光谱范围？干版的吸收曲线干版的吸收曲线 UV-vis 或或 Vis-IR5005506006507007500.00.20.40.60.81.0 AbsorbanceWavelength(nm)单色仪的定标单色仪的定标设计五设计五：如何确定干版的灵敏度？如何确定干版的灵敏度？干版的
6、灵敏度干版的灵敏度：S /VH0 :衍射效率衍射效率 V:曝光强度的调制度曝光强度的调制度 H0：平均曝光量平均曝光量经验：曝光时间曝光时间 干版表面单位平方厘干版表面单位平方厘 米上接受的毫瓦数米上接受的毫瓦数设计四设计四：如何确定干版的分辨本领？如何确定干版的分辨本领？d=/2sin(/2)，空间频率空间频率 1/d例如：例如：633nm,=60 =1700 条条/mm,选择选择 2000条条/mm反射体全息：反射体全息：4000 条条/mm设计六设计六：如何测定全息图的衍射效率？如何测定全息图的衍射效率？采用透射光栅采用透射光栅 制作透射光栅的光路如何确定？制作透射光栅的光路如何确定？测
7、定衍射效率的光路？测定衍射效率的光路？3.研究研究全息干版的衍射效率？全息干版的衍射效率？定义：衍射一级光强与入射光强之比定义：衍射一级光强与入射光强之比I1/I0He-NeH0 级级 1 级级功率计功率计衍射效率测量光路图衍射效率测量光路图4.4.拍摄什么全息图片？拍摄什么全息图片？a、透射全息图与反射全息图的拍摄、透射全息图与反射全息图的拍摄？透射全息图透射全息图反射全息图反射全息图b、像全息图与一步彩虹全息图？、像全息图与一步彩虹全息图？c、二步彩虹全息图？、二步彩虹全息图？d、光纤全息照相？、光纤全息照相？三、教材已正式出版它既没有实验原理、也没有实验步骤，有的是一系列的问题、参考材料
8、和实验要求。学生要在查找和阅读参考材料的基础上回答这些问题，才能搞懂有关原理并自行拟出实验步骤来实现该实验的要求。第一类实验11个，它们原理比较简单，但特别注意科学性与趣味性的结合，充分调动学生的学习积极性和创新精神，适合低年级学生或较短学时的学生。第二类实验15个：它们带有一些科学研究的性质，要求学生按照一定的目的去设计、研究和完成一个小的实验课题，使学生初步得到如何进行科学研究的基本训练。适合于中高年级的学生，或低年级的优秀学生。第三类实验9个：它们要求学生完成一个有创新意义的综合性研究课题，这些课题反映当前物理实验方面的新内容和新技术，具有一定的先进性，研究成果应具有创新性，反映实验结果的论文应能在正式的学术刊物上发表。适合于高年级的优秀学生。
