基于Monte-Carlo和Visual Basic的牛顿环实验模拟

"牛顿环"是牛顿在1675年发现的一种等厚干涉现象.托马斯·杨用自己创建的干涉原理解释了牛顿环现象,为光的波动性提供了强有力的证据.牛顿环在生产实践中应用广泛,可以利用它精确检验光学元件的表面质量、测量透镜表面曲率半径以及液体的折射率等.[1、2]牛顿环实验是物理中的一个重要光学实验,但在教学实践中存在一定局限性[3]:通过显微镜观察干涉条纹,读数显微镜的视场范围很小,极易引起视觉疲     

环序数和序数差对牛顿环测量透镜曲率半径的影响研究

针对学生在牛顿环实验中提出的问题,本文通过对实验数据处理进行分析,指出牛顿环实验数据采集和数据处理过程中选取环序数和序数差应注意事项,并指出在数据处理过程中使用绘图拟合软件Origin进行线性拟公得到曲率半径的方法是可行的.     

牛顿环实验的环心探讨

分析了在指导牛顿环实验过程中遇到的三种不同环心的观测结果的来源,给出了合理的解释;并通过让学生探讨三种不同的环心的来源,使学生加强了对牛顿环理论的理解。     

“牛顿环”教学难点的突破

人教版新旧教材中均介绍了牛顿环实验,要求学生回答相关问题,且新教材要求略高.虽然大学课本上对牛顿环现象及成因有详细、定量的推导,但对大多数学生来讲,要考虑数学近似,且有较多的数学推导,教学要求偏高.所以很多学生对该题结论只是机械记忆,学习效果较差.如何在不提高教学要求的基础上突破学生所遇到的一些难点呢?笔者进行了一些尝试,与同仁交流.     

牛顿第二定律内容表述的比较及教学启示

通过对我国不同阶段代表性高中物理教科书中牛顿第二定律的内容表述的比较,对其关键词进行分析并给出合理的建议,以加深学生对牛顿第二定律的理解与认识。     

基于虚拟现实技术的牛顿环实验设计

以大学物理中的牛顿环实验为例,开发了以3DS max、Cult3D、JavaScript和Flash为核心设计技术的大学物理虚拟实验,弥补了传统实验中的缺陷.介绍了虚拟牛顿环实验的开发流程、实现内容及操作方法等,对大学物理实验内容和虚拟技术之间的有效交融进行了研究.通过与传统实验结果的对比,彰显了虚拟技术在现实中应用的优越性.     

从一幅插图谈起

全日制普通高级中学教科书(修订本、必修，以下简称新教材)第一册“牛顿第三定律”一节中，有一幅插图．如图1所示．翻阅历年来各种版本的高中物理教材，此图经历了两次改变．新教材所用插图与甲种本中的插图一致．笔者认为，该图作为教学示意图，不便向学生深入分析和配合书中的叙述，甚至有误导学生之嫌。     

牛顿环实验的扩展研究

通过观察、测量牛顿环实验过程中出现的变形牛顿环,分析得出变形牛顿环的形成是由于牛顿环装置中玻璃面附着有微小尘埃或玻璃发生形变后产生;同时,探完了变形牛顿环的物理原理及变形环的特点与规律．     

基于ANSYS的牛顿环应力变形分析及结构优化应用

针对牛顿环应力变形难以测量的问题,利用ANSYS有限元法精确计算牛顿环光学玻璃中心变形量及应力值,得到牛顿环变形云图及等效应力云图。对于牛顿环结构中螺钉加力引起的应力变形情况,设计了一种5螺钉固定的牛顿环优化模型,应用ANSYS有限元法验证了优化模型的可行性及准确性,减小了应力变形引起的牛顿环测量误差。应用仿真变形量快速测量光学玻璃弯曲刚度值,在光学测量领域具有实际应用价值。仿真结果表明,优化模型中心变形量及应力值测量误差均有较大幅度的减小,加载载荷在12.5～40 N、60～70 N范围内可作为ANSYS有限元仿真计算光学玻璃弯曲刚度值的最佳应力区间。     

薄膜干涉的应用

薄膜干涉作为一种光的干涉现象,在现实中应用很多,本文介绍了其在检查平面的平整程度、解释牛顿环、增透膜三方面的应用.     

教材的编写在不同学科间要一致

在九年制义务教育六年制小学教科书(人民教育出版社)自然第五册第14课《牛顿的故事》一文中有这样一段话:“传说在三百多年前,牛顿正在苹果树下看书,忽然树上一个苹果落下来掉在地上。”学生在学习中提出了这样的疑问:“牛顿离我们到底是二百多年还是三百多年?我们刚学的语文课中,牛顿离我们是二百多年呀!”     

分振幅薄膜干涉-等厚干涉实验拓展

通过分析空气劈尖的直线型等厚干涉条纹到牛顿环的圆环型等厚干涉条纹的逐渐演变过程,解释了劈尖干涉条纹及牛顿环干涉圆环分布的特点.证实了劈尖干涉和牛顿环干涉产生机理的一致性,即两种干涉均属于分振幅薄膜干涉-等厚干涉,这在一定程度上是对目前国内常见《光学》教材中薄膜干涉-等厚干涉相关内容的补充和完善,加深了学生对分振幅薄膜干涉-等厚干涉原理的理解,教学效果明显提高.     

"牛顿环干涉"实验探讨

全日制普通高级中学教科书<物理>(试验修订本·必修加选修)第三册第37页习题(2),介绍了牛顿环实验,要求学生解释其现象及成因,很多同学只能由光的干涉知识定性说明,不能定量分析观察到现象,我撰写本文作定量探讨如下:     

教师如何超越教科书

超越教科书,就要用更开阔的视野来重新认识教科书,把教科书作为教学系统中的一个要素来看待,在有效处理各种关系的过程中正确使用教科书,教师、教科书、学生三者是教学系统中的最基本要素,教学是三者之间动态交互作用的整体协同过程,是一个动态平衡的“生态系统”。在整个教学系统中,教科书是教学的基础文本,     

基于图尔敏论证模型的物理教科书论证结构研究

教科书在提出科学知识时需要体现科学论证，从知识层面促使学生有意义地接受学习教科书中的概念、规律以及观点，从素养层面提升学生进行严谨科学论证的能力.本文基于科学论证视角对物理教科书的论证结构进行了分析，探究教科书在提出物理概念与规律时的逻辑构成.以静电场主题为例，借助改进的图尔敏论证模型对比分析国内六版高中物理教科书，统计教科书中的论证结构类型，并对比分析了库仑定律的论证结构，从而得到教科书科学论证情况：总体论证结构较为严谨，论证水平不一；论证时常将权威证据和类比推理作为结论支撑；论证过程中普遍缺少反驳要素.根据研究结果提出了显化科学论证要素、设计科学论证习题、论证过程以学生为主体等教学建议.     

“牛顿环”习题结论的再探究

高中《物理》第三册 (试验修订本·必修加选修 )第 39面习题 2是一道关于“牛顿环”问题的章节习题 .笔者在为学生讲解此题后 ,一些善于思考的学生提出 :为什么环越来越密 ,为什么圆心为一暗斑等 .为了解答学生的疑难 ,于是对其进行了一些探究 ,现论述如下 .一、习题答案的推导1 .为什么会出现牛顿环 ?如图 1所示 ,牛顿环是由透镜下表面的反射光和平面玻璃上表面的反射光发生干涉形图 1成的 ,这是一种等厚干涉条纹 .设光线由 A点垂直透镜入射时 ,经透镜下表面反射的光线为 a,经平面玻璃上表面反射的光线为 b,光线b由空气进入透镜后出现半个…     

基于图像处理的牛顿环应力测量方法

根据牛顿环受力变形导致干涉图像发生微小变化的特点,提出了一种基于图像处理的牛顿环应力测量方法。首先采用自行设计的可安装在读数显微镜上的CMOS图像采集装置代替人眼作为接收器采集牛顿环图像;然后利用直方图均衡化与高斯高通滤波算法对牛顿环图像进行增强处理,增加其对比度,通过SUSAN算子与霍夫变换有效地对牛顿环图像的边缘不连续圆进行补足处理,对处理的图像做垂直投影,实现在不断施加压力情况下牛顿环半径的测量;最后通过实验验证了应用牛顿环应力变形图像测玻璃体应力的可行性,应用图像处理测得透镜曲率半径的相对误差缩小到0.2%~6.5%范围内,测得应力的相对误差缩小到0.7%~9.9%范围内,应用图像处理测量玻璃体应力,误差减小且方便。     

牛顿环测平凸透镜曲率半径的研究

牛顿环仪是一种振幅分割的干涉器件，可用来测量平凸透镜的曲率半径，且测量精密度较高。用牛顿环测平凸透镜曲率半径是工科院校物理课程中的基本实验，本文从理论上阐述了其实验原理，重点分析了实验过程中的常见问题，并提出了具体的解决方法。对学生理解实验原理，更好地指导学生实验，具有一定的实用价值。     

对牛顿环实验中干涉图样位置的分析

一、问题的提出 牛顿环实验是学生进入大学后必须要做的一个物理实验,虽然其牵涉到的基础知识是物理光学的内容——光的干涉和衍射,但是学生完全可以由中学物理所学知识来求解并分析牛顿环干涉图样。     

传统仪器与数据传感器测量加速度误差分析

无论是人教版还是粤教版的高中物理教材,都将牛顿第二定律的探究实验和公式表达分成了2节内容,其目的除了强调牛顿第二定律在力学中的重要性外,也提升了实验探究在教学中的地位。在粤教版配套的普通高中课程标准实验教科书