成像法研究牛頓環

(上海交通大學 物理實驗教學中心)

成像法研究牛頓環

(上海交通大學 物理實驗教學中心)

1 主要內容

在大學物理實驗中，牛頓環實驗是一個廣泛開設的實驗. 對實驗進行了重新設計，把單純的牛頓環測量實驗改造成為牛頓環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圖像.

實驗內容有(3學時)：

1)學習光路同軸等高的調整方法，調節光路至同軸等高；

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象，拍攝相應的清晰的牛頓環照片；

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 創新點

把圖像處理的知識引入到牛頓環成像實驗中，開放性的設計能賦予實驗更多的內容. 在傳統實驗原理、內容的基礎上接觸和學習光學成像在現代圖像識別、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，對牛頓環實驗課中的內容擴展表示稱贊，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質實驗項目，這些實驗項目的實驗內容精彩、實驗構思巧妙、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.