全息电表示波器.docx
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全息电表示波器.docx
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全息电表示波器
激光全息照相
实验目的
(1)了解全息照相的原理及特点。
(2)掌握漫反射物体的全息照相方法,制作漫反射的三维全息图。
(3)掌握反射全息的照相方法,学会制作物体的白光再现反射全息图。
(4)进一步熟悉光路的调整方法,学习暗室技术。
实验方法原理
(1)概述
全息照相是利用光涉的干涉和衍射原理,将物光波以干涉条纹的形式记录下来,然后在一定条件下,利用衍射再现
原物体的立体图像。
可见,全息照相必须分两步进行:
①物体全息图的记录过程;②立体物像的再现过程。
(2)全息照相与普通照相的主要区别
①全息照相能够把物光波的全部信息记录下来,而普通照相只能记录物光波的强度。
②全息照片上每一部分都包含了被摄物体上每一点的光波信息,所以它具有可分割性,即全息照片的每一部分都能
再现出物体的完整的图像。
③在同一张全息底片上,可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体,再现时,在不同的衍射方向上能够互不干扰地
观察到每个物体的立体图像。
(3)全息照相技术的发展
全息照相技术发展到现在已有四代。
本实验将用激光作光源完成物体的第二代全息图—漫反射全息图和第三代全息
图—反射全息图的拍摄和再现。
实验步骤
首先要熟悉本实验所用仪器和光学元件。
打开激光器电源,点亮He-Ne激光器,调整其工作电流,使其输出最强的
激光,然后按下述内容和步骤开始进行实验。
(1)漫反射全息图的拍摄
①按漫反射全息光路图摆放好各元件的位置,整个光路大概占实验台面的三分之二左右。
②各光束都应与台面平
行,通过调平面镜的俯仰角来调节。
且光点都要打到各元件的中心部位。
③两束光的光程差约为20cm,光程都是由分束
镜开始算起,沿着光束前进的方向量至全息底片为止。
④物光与参考光夹角为30°~50°。
⑤参考光与物光的光强比为
3:
1~8:
1(通过调整扩束镜的位置来实现)。
⑥曝光时间为6S。
⑦上底片及曝光拍照(底片上好后要静止1~2min),药
膜面要正对物体放。
(2)白光再现反射全息图
①按反射全息光路摆放好各元件的位置,先不放入扩束镜L,各光事与台面平行。
②调整硬币,使之与干板(屏)
平行,使激光束照在硬币的中心。
③放入扩束镜,使光均匀照射且光强适中,确定曝光时间为3s。
④曝光,硬币与
干板间距为1cm。
(3)底片处理
①显影。
②显影后冲洗1min,停显30s左右,定影3~5min,定影后可打开白炽灯,用水冲洗干板5~10min,再
用吹风机吹干(吹时不可太近且不可正对着吹,以免药膜收缩)。
(4)再现观察
①漫反射全息图的再现。
②白光再现反射全息图的观察。
数据处理本实验无数据处理内容
1.全息照像有哪些重要特点?
答:
全息照相是利用光波的干涉和衍射原理,将物体“发出”的特定波前(同时包括振幅和位相)以干涉条纹的形式记
录下来,然后在一定条件下,利用衍射再现原物体的立体像。
全息照相必须分两步进行:
(1)物体全息图的记录过程;
(2)立体物像的再现过程。
2.全息底片和普通照像底片有什么区别?
答:
(1)全息照相能够把物光波的全部信息(即振幅和相位)全部记录下来,而普通照相只能记录物光波的强度(既
振幅),因此,全息照片能再现出与原物体完全相同的立体图象。
(2)由于全息照片上的每部分都包含了被摄物体上
每一点的光波信息,所以,它具有可分割性,即全息照片的每一部分都可以再现出原物体的立体图象。
(3)在同一张
全息底片上,可以采用不同的角度多次拍摄不同的物体,再现时,在不同的衍射方向上能够互不干扰地观察到每个物体
的立体图象。
H
He-N
e
L.K
S
L1
OL2
M1
M2
θθ
L.K
OH
He-N
e
L
M
3.为什么安装底片后要静止一段时间,才能进行曝光?
答:
为了减少震动,提高拍摄质量,减震是全息照相的一项重要措施,要保证照相质量,光路中各元器件的相对位移量
要限制在<λ/2范围内。
5.普通照像在冲洗底片时是在红光下进行的,全息照像冲洗底片时为什么必须在绿光甚至全黑下进行?
答:
因为全息干板涂有对红光敏感的感光材料,所以冲洗底片时必须在绿光甚至全黑下进行。
__
电表的改装和校正
实验目的
(1)掌握将微安表改装成较大量程的电流表和电压表的原理和方法。
(2)了解欧姆表的测量原理和刻度方法。
(3)学会绘制校准曲线的方法并对改装表进行校对。
实验方法原理
设微安表头满量程是Ig,内阻为Rg.
(1)将表头并联一个分流阻值Rs改成量成为I的电流表,如图(a)示,则有(I-Ig)Rs=IgRg,即Rs=Rg/(n-1)
(n=I/Ig)
(2)将微安表头串联一个分压电阻RH改成量程为Ud电压表,如图(b)示,则有Ig(Rg+RH)=U即RH=U/Ig-Rg
实验步骤
(1)改装量程为5A电流表
①计算分流阻值Rs的理论值,负载电阻RL取1000Ω左右。
②按图3-7-8连接电路,各部件摆放原则是方便于观擦与调节。
③自查电路(线路的连接、标准表量程的选取、滑线变阻器初值的设定、各阻值的取值)。
④校准电表:
首先进行满量程校正,然后进行逐点校正(完成数据表格)
(2)改装电压表(程序与上面相同,电路图按3-7-10进行)
数据处理
改装表示值I/mA0.001.002.003.004.005.00
标准表示值
I0/mA
减小时1.031.993.023.985.00
增加时1.012.013.003.995.00
平均1.022.003.013.995.00
差值=I0-I/mA0.020.000.01-0.010.00
改装表示值U/V0.001.002.003.004.005.00
标准表示值
U0/V
减小时1.021.983.014.025.00
增加时1.011.993.024.015.00
平均1.021.993.024.015.00
差值=U0-U/V0.02-0.010.020.010.00
1.校正电流表时,如果发现改装的毫安表读数总是高于标准表的读数,分流电阻应调大还是调小?
为什么?
答:
应调小。
让电路中标准表读数不变,即保持回路电流不变,分流电阻值减小后将会分得更多的电流,从而使流过被改装
表表头的电流减小,改装表的读数也减小。
2.校正电压表时,如果发现改装的电压表读数总是低于标准表的读数,分压电阻应调大还是调小?
为什么?
答:
应调小。
让电路中标准表读数不变,即加在改装电表上电压值不变。
调小电阻,改装表的总电阻降低,流过改装毫安表的电流增
大,从而读数也增加。
3.试证明用欧姆表测电阻时,如果表头指针正好指在表盘标度尺的中心,则这时的欧姆表指示值为什么正好等于该欧
姆表的内阻值。
答:
设表头指针满刻度电流为Ig、表头指针指表盘中心时电路中电流为I,根据题意
IIg
2
=1
,当表
内阻为Rg、待测电阻为Rx时,
g
gx
I
RR
IV
2
=1
+
=
;根据欧姆表工作原理,当待测电阻Rx=0时,g
gR
I=V
。
即
gxRg
V
RR
V
2
=1
+
,因而可得Rx=Rg。
所以,欧姆表显示测xR读数即为该欧姆表的内阻。
思考题
(1)应调小。
因为表头过载,所以需要再分掉一部分多余的电流。
(2)应调小。
因为串联电路中电压的分配和阻值成正比。
(3)证明因为Ig=U/(Rg+r)而I=U/(Rg+r+Rx)
所以当2I=Ig时即2U/(Rg+r+Rx)=U/(Rg+r)
所以Rx=Rg+r证毕
(4)由误差=量程×级别%,设改装表的级别为a′,则
5×a′%=Iδmax+5×0.5%∴a′=0.9,故该装电流表的级别为1.0级
示波器的原理和使用
实验目的
(1)了解示波器的主要结构和显示波形的基本原理;
(2)掌握模拟示波器和函数信号发生器的使用方法;
(3)观察正弦、矩形、三角波等信号发生器的使用方法;
(4)通过示波器观察李萨如图形,学会一种测量正弦振动频率的方法,并加深对互相垂直振动合成理论的理解。
实验方法原理
(1)模拟示波器的基本构造
示波器主要由示波管、垂直放大器、水平放大器、扫描信号放大器、触发同步等几个基本部分组成。
(2)示波器显示波形原理
如果只在垂直偏转板上加一交变正弦电压,则电子束的亮点随电压的变化在竖直方向上按正弦规律变化。
要想显示
波形,必须同时在水平偏转板上加一扫描电压,使电子束所产生的亮点沿水平方向拉开。
(3)扫描同步
当扫描电压的周期Tx是被观察周期信号的整数倍时,扫描的后一个周期扫绘的波形与前一个周期完全一样,荧光屏
上得到清晰而稳定的波形,这叫做信号与扫描电压同步。
(4)多踪显示
根据开关信号的转换频率不同,有两种不同的时间分割方式,即“交替”和“断续”方式。
(5)观察李萨如图形并测频率
x
y
y
x
f
f
YN
XN=
方向切线对图形的切点数
方向切线对图形的切点数
实验步骤
(1)熟悉示波器各控制开关的作用,进行使用前的检查和校准。
(2)将信号发生器的输出信号连接到示波器的CH1或CH2,观察信号波形。
(3)用示波器测量信号的周期T、频率f、幅值U、峰-峰值Up-p、有效值Urms,频率和幅值任选。
(4)观察李萨如图形和“拍”。
(5)利用多波形显示法和李萨如图形判别法观测两信号的相位差
①多波形显示法观测相位差。
②李萨如图形判别法观测相位差。
数据处理
(1)测量正弦信号峰峰值UP-P,周期T
示波器测量值信号发生器显示值
H=4.0DIVV0/DIV=0.5V/DIVUP-P=2.0VU显=2.0V
L=5.0DIVT0/DIV=20us/DIVT=0.10msT显=0.10ms
0pp
upp
=
−
=−
−
显
显
U
UU
E0
0
0=
−
=
T
TT
ET
(2)测量直流信号的幅度
H=5.8V0/DIV=0.5V/DIVU=2.9VU显=3.0V
(3)测量相移
x1/DIVx/DIV°×=36011x
θx
5.325.076.32
°
1.模拟示波器为何能显示高速变化的电信号轨迹?
答:
在模拟示波器垂直偏转板上加的是被观测信号电压,而在水平偏转板上加的是锯齿波(时间线性变化)信号电压,
π
2
3π
4
7π
4
5π
4
3π
2
π
4
0π2π
频率相同位相不同时的李萨如图形
所以示波器的示波管的横轴相当于直角坐标的时间轴,经过一个锯齿波信号周期,电子束便在示波管的荧光屏上描绘出
被观测信号的波形的一段轨迹。
当锯齿波信号的周期大于或等于周期性观测信号的周期且与其相位锁定时(同步),电
子束便在示波管的荧光屏上描绘出被观测信号的波形的同一段轨迹,由于人眼的视觉暂留和荧光屏的余辉,便可以观测
到信号的波形。
2.在本实验中,观察李萨如图形时,为什么得不到长时间稳定的图形?
答:
因为CH1与CH2输入的是两个完全不相关的信号,它们的位相差难以保持恒定,所以得不到长时间的稳定波形。
3.假定在示波器的Y轴输入一个正弦信号,所用的水平扫描频率为120Hz,在荧光屏上出现三个稳定完整的正弦波形,
那么输入信号的频率是什么?
这是否是测量信号频率的好方法?
为何?
答:
输入信号的频率是360Hz。
这种方法不是测量信号频率的好方法,因为用此方法测量的频率精确度低。
4.示波器的扫描频率远大于或远小于输入正弦信号的频率时,屏上的图形是什么情况?
答:
扫描频率远小于输入正弦信号频率时,出现图形是密集正弦波;扫描频率远大于输入正弦信号频率时,一个周期
的信号波形将会被分解成数段,显示的图形将会变成网状交叉线。
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