大学生物理实验设计大赛建议及补充说明

1、2016物理竞赛16-6-7报名和题目 报名和交作品 9-10 前 /news/News_Info.aspx?typeid=205&id=396 声波的聚焦，光测量装置 /race/info.aspx?typeid=228&id=20声波的聚焦一、题目一、题目1 1（基础题）；声波的聚焦（基础题）；声波的聚焦基本要求：设计和制作演示声波聚焦的实验装置，通过对声强分布、焦点能量和焦斑长度等参数的定量测量，描述该物理现象，并发掘物理内涵。主要评判依据：（1）物理原理与物理图像；（2）聚焦效果与定量数

2、据；（3）创新点；（4）装置的制作技巧。背景资料：背景资料：声波，也有与光波类似的性质，在不同介质中有不同的速度，在界面会发生反射、折射的现象，可以利用曲面、类透镜等对声波进行聚焦。制作这样的声波聚焦装置，并进行定量测量，可加深对这一现象和物理机制的了解和理解。光的聚焦常见方法 凸透镜 菲涅耳波带片 凹反射镜凸透镜将将平行平行光线光线（如阳光）平行于主光轴（如阳光）平行于主光轴（凸透镜凸透镜两两个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴）射入个球面的球心的连线称为此透镜的主光轴）射入凸透镜，光在透镜的两面经过两次凸透镜，光在透镜的两面经过两次折射折射后，集中后，集中在轴上的一在轴上的一点点特点特点：

3、与折射率：与折射率n相关，而折射率相关，而折射率n与频率（波长）相关与频率（波长）相关菲涅尔波带片特点：焦距直接与波长相关凹面镜凹面镜凹面镜是反射成像是反射成像 。面镜（包括。面镜（包括凸面镜凸面镜）不是使光线透过，而是反射回去成）不是使光线透过，而是反射回去成像的仪器，光线遵守像的仪器，光线遵守反射定律反射定律。这种镜面称为。这种镜面称为会聚会聚，因为它们倾向将射至，因为它们倾向将射至表面的光线收集起来，平行入射的光线将会被重新聚集在焦点上，这也是因表面的光线收集起来，平行入射的光线将会被重新聚集在焦点上，这也是因为表面每个点的法线方向不同，光线以不同的角度反射。凹面镜不仅可以使为表面每个点

4、的法线方向不同，光线以不同的角度反射。凹面镜不仅可以使平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光平行光线汇聚于焦点，还能使焦点发出的光线反射成平行光。制制镜方程式是物距（镜方程式是物距（d1）和像距（）和像距（d2）到焦距（）到焦距（f）距离的关系。）距离的关系。 1/d1+1/d2=1/f 镜子的放大率是像距的高除以物距的高。镜子的放大率是像距的高除以物距的高。 m=-d2/d1特点：与波长无关，但是球面像差明显，纯球面聚焦的精度较低特点：与波长无关，但是球面像差明显，纯球面聚焦的精度较低声波与光波 可见光是可见光是电磁波谱电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一中

5、人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的般人的眼睛可以感知的电磁波电磁波的波长在的波长在400760nm之间，但还有一些人能之间，但还有一些人能够感知到波长大约在够感知到波长大约在380780nm之间的之间的电磁波电磁波。 人耳能听到的声波的频率范围通常在人耳能听到的声波的频率范围通常在2020000Hz之间，叫做可听声；之间，叫做可听声；故答案为：故答案为：20Hz20000Hz 波波长长=波速波速/频频率率 波波速一般是速一般是340米米/秒；秒； 人人耳听到的声音的频率是耳听到的声音的频率是20HZ-20KHZ 所所以得出人耳听到的声音的波长：以得出人耳听到的声

6、音的波长：0.017-17米米人声：人声： 男：低音男：低音82392Hz，基准音区，基准音区64523Hz 男男中音中音123493Hz，男高音，男高音164698Hz 女：低音女：低音82392Hz，基准音区，基准音区1601200Hz 女低音女低音123493Hz，女高音，女高音2201.1KHz声聚焦考虑是否是同一频率的声音如果频率范围大，只能用凹面反射的原理同一频率的可以用凸透镜原理基本要找的：材料（参数：类似的折射率或者反射率，考虑加工难度）声聚焦定义：凹面对声波形成集中反射，使反射声聚焦于某个区域，造成声音在该区域特别响的现象。*来源：百度声的测量用分贝仪啊,综艺节目常见的,听观

7、众掌声有多激烈的.你要自己做的话,可以用一个小麦头接到电路,再用单片机AD读电压值. （百度解答）光测量装置光测量装置基本要求：利用普通激光笔（小于5mW），设计、制作一非接触光测量实验装置（或仪器），例如可测量玻璃的厚度、折射率、平整度等参数。主要评判依据：（1）物理思想和实验原理；（2）测量准确性、精确度和便利性；（3）创新点与设计的巧妙性；（4）性价比。背景资料：普通激光笔价格低廉，广泛用于我们的课堂，但是，它并不仅仅只能这样使用。想一想，它在非接触测量还有什么样的潜力？巧妙的设计，说不定还能做出简便的、精度相当高的、功能多样的实验测量装置呢！激光特点激激光主要有四大特性：激光高亮度、高

8、方向性、高单色性和高光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干相干性性 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达1011Wcm2Sr。不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。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传递较长的光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是距离的同时，还能保证

9、聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件激光加工的重要条件 激激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。精确地聚焦到焦点上，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个部分的相位关系光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。来源：网络特点：便宜 精度差一种激光外差多普勒玻璃厚度测量方法运用Mat lab 软件结合FFT 技术进行了数值仿真实验, 结果表明该方法在测量1 10 mm 的平板玻璃时, 误差小于1 %.*光子学报 Vol .37 No .8 Aug ust 2008问题：只有理论，成本高，能否完成？多光束激光外差高精度