大 学 物 理 实 验 教 案 大 学 物 理 实 验 教 案 实验
题
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目 全息照相 实验性质 基本实验 实验学时 4 教师 教学目的 1、了解光学全息照相的基本原理和和物体三维的全息图的主要特性 2、学习静态全息照相的拍摄方法和有关技术 3、掌握全息图再现物像的性质和观察方法 重 点 1. 使学生学会全息照相的干涉记录和衍射再现的技术手段。 2. 使学生较深刻理解全息照相的本质。 难 点 拍摄高质量的全息图的技术关键。 备注 教 学 过 程 的 设 计 课前的准备： 1. 仪器设备的检查。 2. 实验的预做（采集三组以上数据进行处理）。 课上教学的
设计
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： 一、课上的常规检查 （预习
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、数据表格的设计等）。 (5 分钟) 二、讲解的设计 (30分钟) 1、引言 伽伯对全息照相术的发展起到了重要的作用。1948年，伽伯首次获得了全息图及其再现像，创立了全息术。不久，他又指出了全息术的三个方面的应用前景：全息干涉量度术、全息光学元件和全息信息存储。1960年发现激光，提供了良好的相干光源使全息照相获得飞速发展和广泛应用。 全息照相的特别之处在于，底片上的物体重现时, 在观看者的眼里显得异常逼真, 它产生的视觉效应, 完全与观看实物时一模一样。这是因为全息图记录的是物体各点的全部光信息，包括振幅和相位。其次，全息照相能以一斑而知全貌。当全息照片被损坏, 即使是大半损坏的情况下, 我們仍然可以从剩下的那一小半上看到這张全息照片上原有物体的全貌。普通的照相原理基于几何光学的透镜成像，在感光板（胶片）上记录的是被摄物通过透镜后的光强分布，即振幅分布，显现的是被摄物几何平面图形。全息照相
要求
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在感光板上记录被摄物体的振幅和位相——“全部”信息，这就要用另一束光（参考光）与被摄的物光直接入射到感光板上，使物光和参考光在感光板上发生干涉，产生干涉条纹，条纹的黑白反差记录了被摄物的振幅，条纹的粗细、疏密和形状则反映了被摄物的位相，此即“全息图”。为再现全息图必须使用与参考光相同的相干光，按原参考光方向照明全息图产生衍射，其±1级衍射光形成被摄物的原始像（通常为虚像）和共轭像（通常为实像），全息再现的是被摄物的三维立体图像，具有显著的体视特征。 2、提出本实验的目的与任务，讲授为完成本实验设计思想和设计原则 由于全息照相具有可分割、多重记录性等独特特点，在各个领域得到广泛的应用。如利用全息照相的体视特征，可做三维显示、立体广告、立体电视等；利用全息照相的可分割性和多重记录性，可做信息存储、全息干涉计量、振动频谱分析、无损检测和测量位移、应力、应变等。 通过激光全息照相实验了解全息照相的基本原理，学习并掌握全息照相的基本实验技术。 实验原理 照相是将物体上各点发出或反射的光记录在感光材料上。一列单色波可表示为 。光在传播过程中，借助于它们的频率、振幅和相位来区别物体的颜色（频率）、明暗（振幅的平方）形状和远近（相位）。 全息照相它记录了光波的全部信息，并且在一定条件下，能将所记录的全部信息再现出来，因而再现的物象是一个逼真的三维立体像。 全息照相包含两个过程：第一称为记录（拍摄）过程。第二称为再现过程。全息照相的基本原理是以波的干涉为基础的。 1、全息照相记录过程的原理——光的干涉 由同一束激光分成的两束光具有高度的相干性，在全息干板上相遇后发生干涉，形成干涉条纹。 全息干板经曝光、显影、定影等处理，得到全息像片。 图1 全息光路图 2、全息照相再现过程的原理——光的衍射 一束从特定方向或与原来参考光相同的激光束（称为再现光）照射全息图。全息图上每一组干涉条纹相当于一个复杂的光栅，它使再现光发生衍射。我们沿着衍射方向透过全息图朝原来被摄物的方向观察时，就可以看到一个完整逼真的三维立体图像。 3、实验的拓展：(由本实验的完成深化和延伸所学的知识，启发学生利用现有的设备拓展出新的实验内容,培养学生的创新思维和创新能力。) 白光再现全息图，汞灯再现全息图 4.数据的测量与处理 5．介绍主要仪器设备与使用 6．强调实验中要注意的问题 1、不要用眼睛直接对着激光看，以免伤害眼睛。 2、在曝光过程中，人们不要走动，不要高声说话，以保证干涉条纹无漂移。 3、物光和参考光的光强比要合适。一般以1:4到1:10为宜；两者间的夹角小于450，一般常使两者光程大致相等。 三、学生的实验开始 (100分钟) 四、指导实验 实验前30分钟不解答问题,给学生自己理解消化的时间,30分钟后边指导边提出一些问题启发学生解答.重点辅导: 五、检查实验的结果,签字 六、实验小结 （实验结束前的10分钟） 1、实验中有哪些影响全息图拍摄质量的因素？ 2、拓展题目完成的意义。 时间的掌握：留有5分钟机动的时间。 课 后 思 考 题 1．全息照相与普通照相有什么区别？ 2．全息照相的实验技术要求是什么？ 3．再现时将激光换成钠光灯，汞灯或其它光源,能否见到再现物像？ 参 考 文 献 1.《大学物理实验》， 张逸民 2.《大学物理实验》， 李学慧、高峰等编， 高等教育出版社，出版时间 2005年6月 3.《大学物理实验》， 高峰等 编， 东北大学出版社，出版时间 1994年3月
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