云课堂辅助教学模式探索——以牛顿环干涉实验为例

牛顿环干涉实验原理复杂,步骤烦琐,传统教学模式难以达到预期效果。通过对该实验引入云课堂辅助教学模式,丰富学生的学习手段,拓展学生的学习空间,激发学生的学习兴趣。学生可以随时随地利用“装在口袋里的实验室”围绕特定的知识点进行交流学习,有效解决传统实验教学模式中教法单一、只能被动接受的问题,极大提高学习积极性,从根本上培养自己的自主学习能力和创新思维。

圆锥面与抛物面组合的类牛顿环干涉图样研究

在普通(典型)牛顿环的基础上,讨论由直线旋转形成的圆锥面与二次曲线旋转形成的抛物面或平凸(平凹)透镜组合的类牛顿环的干涉图样.通过理论分析得出类牛顿环的光程差和光强公式,利用Mathematica仿真模拟出干涉图样,并讨论直线系数和二次函数系数大小对干涉图样的影响.研究类牛顿环干涉,有利于拓展对牛顿环干涉的理解,为类牛顿环实验提供新的方法.

基于干涉图样分析牛顿环表面的缺陷

针对牛顿环平板玻璃或平凸透镜会出现的多种质量及缺陷问题,根据不同的情况进行分析研究,模拟得出相应的干涉图样并分析质量问题和干涉图样变化的一致性。结果表明干涉图样的变化与器件所存在的质量问题相吻合,通过分析牛顿环干涉图样能够判断牛顿环的质量和缺陷问题,该研究结果对实际生产实践中如何针对质量和缺陷问题进行表面处理具有一定的指导意义。

环五孔稀疏孔径系统成像性能研究

稀疏孔径系统作为高分辨率成像解决方案,其成像性能却受子孔径之间活塞误差和各独立子孔径波前残差强烈影响。以均匀环五孔构型为研究对象,通过对点扩散函数和调制传递函数的表征,数值模拟得到了该构型的成像相关误差指标。从频域覆盖无截断的角度分析了环五孔构型的填充因子,选择范围为27.8%至68.5%。以斯特列尔比(大于0.80)为评价准则,填充因子为43.2%时的子孔径之间的活塞误差最大容忍度约为λ/6,含有独立自适应光学系统的各子孔径的波前残差均方根最大容忍度约为λ/14。填充因子的选择范围从根本上受到子孔径波前残差的限制,而子孔径之间的共相则需以一定的自适应光学校正水平为前提。

基于图像取反的同心圆环半径和圆心提取方法

为了解决非定域干涉同心圆环图像的圆心和半径的精确提取问题,提出了一种基于图像取反的暗亮环兼顾的算法,以点光源非定域干涉同心圆环为对象,在平滑降噪预处理基础上,利用霍夫圆变换获得参考圆心,以参考圆心为基础分别在其x方向和y方向上[-50,50]像素范围内每隔5 pixel取一条强度轮廓线,每一条强度轮廓线取反后,分别实现暗环和亮环峰位坐标的精确识别,再利用圆回归拟合得到系列圆心和半径,通过系列圆心和半径的平均运算实现图像最终圆心和半径的精确提取。结果表明,靠近中心的3个亮环和3个暗环各自的圆心坐标非常接近,相对于总平均值的最大偏差为-3.7 pixel,即相对于总平均值的最大相对偏差为-0.15%,重复性很好;相邻两个圆环半径平方比值相对于实际比值的误差在-4.18%~0.36%之间变化,验证了算法的可行性。该研究对实现自动化检测、提高测量精度是有帮助的。

动静干涉下高压涡轮外环非定常气膜冷却性能分析

为了探索航空发动机高压涡轮外环非定常气膜冷却性能的影响因素及其作用规律,对叶片高速旋转作用下某航空发动机高压涡轮外环的非定常气膜冷却过程进行了3维数值模拟。应用滑移网格技术实现了涡轮叶片与涡轮外环壁面之间的相对运动以及转子与静子之间干涉作用的模拟;分析了叶片的旋转作用、吹风比、气膜射流方向、气膜轴向射流角度等因素对高压涡轮外环非定常气膜冷却性能的影响规律。结果表明:在高吹风比下应防止叶片前缘上游气膜孔冷却裕度不足现象的发生;逆向排布的气膜孔更适合在高吹风比下使用;当气膜入射角由45°减小为30°时,外环面平均气膜冷却效率时均值增大18.54%,显著提高了涡轮外环冷却的冷气利用效率。

大学物理教学中基于转移矩阵法的薄膜干涉探讨

转移矩阵法是研究介质膜或势垒中的光子或电子输运的一种理论计算方法。本文结合广泛用于光学传输的转移矩阵方法,对“大学物理”中的劈尖干涉和牛顿环现象进行了数值模拟。研究发现转移矩阵方法不仅可以解决接触面为平面的劈尖干涉,还可以解决接触面为曲面的牛顿环现象。此研究不仅可以辅助课堂教学加深学生对薄膜干涉问题的理解,还可以激发学生对于科研的热情,培养学生利用数值计算方法解决生活中的实际问题。

抓特点 通原理 谈应用——以薄膜干涉的三类应用为例

光照射在薄膜上,从膜的前表面和后表面反射回来的两列光波再次相遇而产生干涉现象,在薄膜前表面的同一侧这两列反射光叠加形成干涉条纹,这就是薄膜干涉。近三年全国各地高考模拟题和高考真题对薄膜干涉知识的考查屡次出现,比如2023年山东卷第5题、2021年浙江卷第16题、2021年江苏卷第6题、2021年山东卷第7题等。下面从劈尖干涉、肥皂膜干涉、牛顿环干涉三个方面对薄膜干涉现象进行剖析,以期对同学们的复习备考有所启示。

基于反馈环全光纤干涉的定位系统

提出了一种用于长距离定位监测的新型传感系统。该系统在全光纤干涉系统中构建反馈环,首次采用单芯光纤作为传感光纤,结合快速傅里叶变换和小波变换对信号进行处理,实现了对随机扰动源的监测定位。实验获得了清晰的频谱图像,系统定位的相对误差小于0.08%,可实现定位监测功能。

再论牛顿环干涉装置的若干变异结构

依据光的波动本性及干涉原理,采用分类归纳的方法给出牛顿环干涉装置的其他几种变异结构及其统一的环纹分布规律,推导并分析了其干涉条件.理论推导表明:这些变异结构在环纹分布规律方面均等效于牛顿环干涉仪,并满足一个统一的公式:任意两环纹直径之平方差是一个无关于干涉序的恒量.同时发现:浅近切割式与非接触式牛顿环干涉结构在表面科学(如表面沉积及液 固湿润现象)研究方面以及在光学检测及微位移传感技术方面的应用前景;所述原理已得到实验的初步检验证明.

根据等倾干涉标准环直径测量平面度的理论探讨

从等倾干涉原理出发推导了标准干涉环直径D0的数学表达式和测量方法,并讨论D0在平晶平面度测量中的重要作用。结合实际的等倾干涉仪CCD成像系统,从理论上研究运用机器视觉技术测量D0变化进而探测空气层厚度细微变化(0.02μm)的可行性,并由此提出机器视觉运用于干涉计量领域应解决的通用性问题。

带有分割遮拦环形干涉图的波面拟合

针对干涉测量实验中采集到的带有分割遮拦的环形干涉图,采用Zernike环多项式作为基底函数系对波面数据进行拟合,并对拟合结果进行了理论分析和实验验证。首先,利用相关矩阵,在理论上分析了Zernike环多项式在带有分割遮拦的单位环形区域内的交叉耦合现象。其次,分别采用Zernike圆多项式和Zernike环多项式对实验得到的中心遮拦比ε≈0.504,且带有分割遮拦的环形干涉图进行波面拟合,从拟合残余误差、各项Zernike系数的稳定性、传递矩阵的条件数三个方面,对比分析了两种多项式的拟合精度、可靠性以及抗扰动能力。实验结果表明,对于带有分割遮拦环形波面的拟合,当环形区域中分割遮拦较小时,Zernike环多项式具有较高的拟合精度、可靠性和抗扰动能力,可以达到很好的拟合效果。

光源的相干性对牛顿环干涉条纹的影响

利用波前理论中的相因子分析法分别对牛顿环装置在相干光和非相干光照射下的干涉条纹进行分析.理论分析表明,在相干光照射下,主要有2套干涉条纹,且条纹半径随空间位置变化而变化,当在平凸透镜顶点附近观察时,条纹半径公式与教材中一致;在非相干光照射下,只有空气层上下表面反射的光形成干涉条纹,条纹定域在平凸透镜曲面之上的附近区域,条纹半径公式近似与教材一致.

对牛顿环干涉实验中若干问题的研究

该文对牛顿环实验中关于干涉条纹形成的定域、牛顿环中心暗斑和亮斑起因及其对测量结果影响、实验始测级数选取以及实验扩展等若干问题进行了分析及探讨。

牛顿环干涉法测量液体折射率的实验研究

利用牛顿环干涉法测量了水、乙醇和不同浓度的葡萄糖溶液的折射率,其实验结果与理论值符合的较好。实验过程中发现选用更大曲率半径的牛顿环能够有效降低干涉条纹的计数难度。

牛顿环与等倾干涉教学中的一点体会

针对大学物理及光学课程中容易混淆的等倾干涉形成的明暗相间的圆环和等厚干涉中的牛顿环进行了研究,分析了牛顿环等厚干涉与等倾干涉明暗相间圆环条纹形成的原理和特点,并就两种形相似而实不同的干涉条纹的区别和联系进行了比较,从而帮助理解这两种干涉的本质区别,有利于同学们理解和掌握.

多次循环干涉型光纤陀螺仪的实验研究

详细介绍了循环干涉型光纤陀螺仪的实验装置及测试结果。给出了无源和有源补偿两种敏感环结构下的陀螺分辨率公式。在实验装置中采用了大功率光源和低耦合比输入耦合器,以提高光波在敏感环中的循环次数。实验结果表明:光束在敏感环中循环了2～3次,并达到了较好的零偏稳定性。

一种基于反馈环的全光纤干涉型传声器

设计了一种基于光纤反馈环的全光纤干涉型传声器,它直接利用声压作用于光纤时产生的光弹效应对光相位进行调制,并通过3×3耦合器构建的反馈环结构形成干涉效应,从而使得输出光信号经光电转换和放大后可以直接驱动扬声器还原出原输入语音信号．我们从理论和实验上对这种全光纤传声器进行了研究,在该传声器的重要参数测量方面均取得了较好的效果．

用牛顿环干涉测量液体折射率

本文讨论了利用牛顿环干涉测量液体折射率的方法,对乙醇和蒸馏水进行了折射率的测量,其测量结果与理论值符合很好。并对测量中易产生的误差原因进行了分析。

一种双微环辅助马赫-曾德尔干涉仪滤波器

为改善普通马赫-曾德尔干涉仪(MZI)滤波器的输出性能,采用将双微环谐振器与马赫-曾德尔干涉仪相结合,设计出一种新的滤波器结构。采用信号流程图理论分析得出该结构的传递函数,并对输出端口的透射谱进行数值模拟分析。仿真结果表明,与普通马赫-曾德尔干涉仪滤波器相比,当选择合适的耦合系数,双微环谐振器辅助马赫-曾德尔干涉仪滤波器的透射谱顶部平坦,形状类似于方形,自由光谱范围达到了19nm,锐度因子为1.16,消光比为54dB,品质因子为94.5,滤波性能得到较大改善。详细研究了耦合系数和微环半径对滤波器输出性能的影响。