用激光顯示李薩如圖形.doc

用激光顯示李薩如圖形 提交人：王之順鄭國林鄧立聰用激光顯示李薩如圖形一、實驗目的：1、設計實驗裝置用激光顯示李薩如圖形；2、進一步練習使用光杠桿。3、根據(jù)受迫振動和共振原理，并通過兩個信號發(fā)生器的頻率比的實驗值與理論值的比較，分析受迫振動和共振原理對本次實驗的影響。二、實驗原理：1、當兩個方向相互垂直、頻率成整數(shù)比的簡諧振動疊加時，在屏幕上就會顯示李薩如圖形。 2、利用光杠桿原理可以使微小的振動放大。 3、利用共振原理，使得電磁打點計時器振動片的固有頻率和低頻信號發(fā)生器的頻率相等，從而引發(fā)共振。三、設計思路：激光先后照射到相互垂直的以一定頻率振動的兩反射鏡后，射到屏幕上的波樣相當于方向垂直的兩個簡諧振動的合成。四、實驗器材：電磁打點計時器兩個、半導體激光器或氦氖激光器1臺（半導體激光器效果更好，優(yōu)先考慮；注意激光不要直射眼睛）、固定架兩個、低頻功率信號發(fā)生器兩個、觀察屏1個（也可用墻壁）、小反射鏡片（兩個，厚度小、質量要輕，也可以用其他反光材料代替）等。原理圖如下：遠處屏幕或墻。粘于方向振動條的反射鏡。方向振動條。半導體激光器。激光光路。粘于方向振動條的反射鏡。五、實驗中要解決的問題：1、如何用更加準確的方法測定打點計時器振動片的固有頻率；2、激光照射到反光鏡上的入射角的調整；3、整個實驗裝置的設計與調試。4、如何使屏幕上的李薩如圖形變得穩(wěn)定。六、實驗內容：（1） 取兩個電磁打點計時器，去掉打點針與塑料罩，在振動片的振動端貼上反射鏡。（2） 測定兩個打點計時器振動片的固有頻率（基頻）。將打點計時器與低頻信號發(fā)生器相連接，逐漸改變信號發(fā)生器的頻率，當振動片的振幅出現(xiàn)最大值時，此時信號發(fā)生器的頻率就是振動片的固有頻率。如果兩個打點計時器的固有振動頻率不等，可改變振動片的長度或加上配重，使其振動頻率相等。（3） 將兩個打點計時器相互垂直放置，使激光照射在第一個打點計時器振動片的反射鏡上后，經(jīng)反射照射在第二個打點計時器振動片的反射鏡上，反射后再投射在遠處屏上。（4） 把兩臺低頻信號發(fā)生器的輸出端分別與兩個打點計時器相連接。開啟發(fā)生器使振動條振動，發(fā)生器的輸出頻率分別與振動片的固有頻率相同。（5） 演示二維同頻（頻率比為1：1）振動合成：李薩如圖形激光演示裝置調制好以后，平放在桌上，激光照射在遠處屏上。首先，打開X方向振動開關，演示X方向振動；然后，關閉X方向振動開關，打開Y方向振動開關，演示Y方向振動，最后打開X、Y方向振動開關，演示兩個相互垂直方向的簡諧振動合成。（6） 演示二維不同頻率，但兩者的頻率成整數(shù)比的振動合成，將與X、Y振動片相連接的信號發(fā)生器的頻率分別選擇在“1：2”、“2：3”、“3：4”上，在屏幕上觀察李薩如圖形。（7） 在（6）步操作中，雖然改變了信號發(fā)生器的頻率，但振動片的固有頻率并沒有發(fā)生相應的改變。根據(jù)受迫振動原理，振動片振幅的改變將引起光程差的變化。通過兩個信號發(fā)生器的頻率比的實驗值與理論值的比較，分析受迫振動和共振原理對本次實驗的影響。七、結果預測：在遠處的屏幕上，將會看到各種各樣的李薩如圖形：八、創(chuàng)新點：1、區(qū)別于課本上的用示波器顯示李薩如圖形的單人操作，我們利用光杠桿放大作用，通過激光照射到屏上的方法演示李薩如圖形，可以供很多人觀看，而且效果更佳。 2、激光具有強度高、亮度大、方向性好等優(yōu)點，本實驗中用激光作為