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巧用智能手机做偏振光实验和超重失重实验
时间：2023-01-14 23:52:22 下载该word文档
巧用智能手机做偏振光实验和超重失重实验
林春丹;葛运通;成君宝;张晶晶;张万松
【摘要】利用手机内置的光强传感器和陀螺仪,设计了偏振光观察与应用实验,并验证了马吕斯定律与测定蔗糖溶液旋光率的实验.再利用智能手机的加速度传感器研究了超失重现象,得到了不同运动状态下超重失重的加速度数据,绘制加速度曲线.2个实验装置结构简单,易于操作.【期刊名称】《物理实验》【年(卷,期】2017(037009【总页数】4页(P16-19
【关键词】智能手机;偏振光;超重;失重【作者】林春丹;葛运通;成君宝;张晶晶;张万松
【作者单位】中国石油大学(北京理学院,北京102200;中国石油大学(北京地球物理与信息工程学院,北京102200;中国石油大学(北京地球物理与信息工程学院,北京102200;中国石油大学(北京地球物理与信息工程学院,北京102200;中国石油大学(北京理学院,北京102200【正文语种】中文【中图分类】O435
随着科技日新月异的发展，现代智能手机内置声学、光学、电学、距离、陀螺仪、加速度、气压、温度等多种传感器[1]，为此，基于强大手机软件，可以完成很多经典的物理实验，甚至设计新的物理实验.这不但可以使物理实验操作变得简便易
行，还可以提高学生对物理学习的兴趣.
偏振光实验中需要使用旋光仪测定糖溶液的体积浓度，但旋光仪结构复杂，糖溶液的旋光特性现象不够直观，不利于学生理解偏转光测量原理.传统超失重实验学生难以直观地观察到超失重现象的过程.因此利用智能手机具有多种传感器及屏幕发出的线偏振光的特点，改进了实验装置.改进后的实验装置不但可以使实验操作更加简便，实验现象更加形象直观，而且还有助于加深学生对物理原理的理解.偏振光的观察与应用作为经典的物理实验，在学习光学知识时有着不可替代的作用.本实验利用大部分智能手机的液晶屏幕发出的线偏振光[2]及手机具有光传感器和陀螺仪的特性来改进原有的偏振光实验.
搭建实验平台如图1所示(在测定旋光率的实验中将λ=589nm滤色片及盛溶液的试管放入光路.该实验需要用到2部手机：一部作为偏振光源，另一部作为光接收器.为增强透射光强，进入光传感器之前利用凸透镜将偏振光聚光.固定偏振片作为检偏器，在垂直于入射光的平面内通过旋转手机改变偏振光的振动方向，并利用角度测量APP和手机内置陀螺仪测量其偏转角度.另一部手机利用软件SensorSense和光敏传感器可以测得偏振光经检偏器后的透射光通量.1.1验证马吕斯定律实验1.1.1实验原理
根据马吕斯定律，如果线偏振光的振动面与偏振光的振动方向夹角为θ，则强度为I0的线偏振光通过检偏器后的光强为[3]1.1.2实验步骤
1安装实验装置(不包括盛蔗糖溶液的试管，利用手机的方向传感器将实验平台调水平，调节各实验设备使其中心在一条水平直线上.
2打开手机屏幕，转动手机使光强读数最大，记录最大光强，并将其设为初始位置.3利用手机角度测量APP，使手机旋转15.0°,30.0°,45.0°,60.0°,75.0°,90.0°，分别
记录此时的光通量.
4进行数据处，理验证马吕斯定律.1.1.3马吕斯定律实验数据处理
实验数据记录见表1.由表1可见其相对偏差在允许范围之内.根据表1计算结果将实验实际计算值与cos2θ进行拟合得到图2所示直线.其拟合相关系数r1=0.9993，透射光强与cos2θ成线性关系，符合马吕斯定律I=I0cos2θ，由于有消光现象，说明入射光是线偏振光.
1.2验证蔗糖溶液的旋光效应，计算蔗糖溶液旋光度1.2.1实验原理
当平面偏振光可通过某些晶体(石英