光学方法测量力

A. 光学性能检测包含哪些检测项目

现代光学元件的检测内容与方法具体有下列几个方面：
一、光学材料性能的检测:：
折射率，色散，非均匀性，应力双折射，气泡与杂质，条纹，光吸收等
二、光学元件的基本量测量：
平面（棱镜）：几何尺寸 面形，角度，平行度
透镜：几何尺寸：外径，厚度，倒边 面形，中心偏
元件表面质量：划痕, 麻点，粗糙度
元件薄膜: 厚度、均匀性、透过率、应力、形变、偏振等
三、光学系统特性参数的测量：
显微镜：放大率，数值孔径
望远镜：焦距，放大率，相 对孔径，视度
照相物镜：相对孔径，分辨率，像面照度， 杂光系数
四、光学系统参数与像质检测：
焦距与星点测量，分辨率测量，几何像差测量，波像差检验，透过率测量，像面照度测量，杂光系数测量，光学传递函数测量
五、光源和接收器、激光参量和波面质量的检测等方面也都属于光学检测范围。
另外，还有非光学量用光学测量的种种方法进行检测：位移、形变、形貌等方面也都属于光学检测范围。

B. 怎样测出表面张力的大小 Rt.求最简单的方法。

表面张力是由物态内部的分子（或原子）间的相互吸引力导致的，拿液体为例，液体内部分子之间的吸引力一般比气体中分子之间或气体与液体之间的分子之间的吸引力要大。表面张力的起因实际上是界面所造成的不对称，是一个位于表面内的力。严格地说表面是指液体与其本身的饱和蒸汽间形成的特殊相界面，而界面则是通指一液体与另一互不相如溶的液体（或流体）之间形成的相界面。这里提到的内容既适用于表面，也适用于界面，所以二者不严格区分，除非特殊提及。

要扩大一个一定体积的液体的表面，那么需要向这个液体作功。表面张力被定义为在扩大一单位面积的液体表面时所要作的功，因此表面张力也可以被看作是表面能的密度。

表面张力是一种物理效应，它使得液体的表面总是试图获得最小的、光滑的面积，就好像它是一层弹性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的状态。由于球面是同样体积下面积最小的几何形状，因此在没有外力的情况下（比如在失重状态下），液体在平衡状态下总是呈球状。

表面张力的存在使得一表面/界面两边的压力不再相同，这一压力差的大小取决于界面张力及届面的曲率， 可用杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式来描述：

液体的表面/界面张力可直接测量。测量的方法大多基于对表面/界面施加一外力，从而引起其变化，通过测量施加的力和/或其变化的程度，就可计算出表面/界面张力的值。

表面/界面张力的测量方法可根据直接测量的物理量分为：

1.力测量法
2.压力测量法
3.界面形状分析法
力测量法通常是运用一探针使其与待测的界面接触，然后通过一天平来测量施加/作用在探针上的力。为了保证界面在探针表面上的润湿性，探针通常由金属（如Platinum）制成。常见的方法有：

1.挂环法（Du Nouy Ring method）：这可能是测量表面/界面张力的最经典方法，文献上报道的许多液体的表/界面张力值是用这一方法测得，它甚至可以在很难浸湿的情况下被使用。用一个初始浸在液体的环从液体中拉出一个液体膜（类似肥皂泡），同时测量提高环的高度时所需要施加的力。

2.威廉米平板法(Wilhelmy Plate method)：这是一种很普遍的测量方法，尤其适用于长时间测量表面张力的测量。测量的量是一块垂直于液面的平板在浸湿过程中所受的力。
其实也可以用其它几何形状的探针如圆棒，球等来代替平板，测量原理相同，被称为改变威廉米平板法(Modified Wilhelmy Plate method)。

压力测量法是通过测量界面两边（两相）的压力差，然后运用上述的杨-拉普拉斯（Young-Laplace）公式来计算表面张力。见的方法有：

1.毛细管升高法：当液体与毛细管管壁间的接触角小于90度时（浸润的），管内的液面成凹面，弯曲的液面对于下层的液体施加负压力，导致液面在毛细管中上升，直到压力平衡为止。通过测量液面升高的高度，及已知毛细管内径和液体与毛细管管壁间的接触角（通常默认为是0），就可计算出表面张力。这是一很经典及直观的方法，所以经常被用来作为教学示范和学生实验。

2.最大气泡法：泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径R极大；当气泡形成半球形时，曲率半径R等于毛细管半径r，此时R值最小。随着气泡的进一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。测得了气泡成长过程中的最高压力差，在已知毛细管半径的情况下就能计算出表面张力。
本方法非常适用于测量表面张力随时间的变化，所谓的动态表面张力。
界面形状分析法是基于对一处于力平衡状态的界面的形状的分析，是一种光学分析法。

1.悬滴法/座滴法：适用于界面张力和表面张力的测量。也可以在非常高的压力和温度下进行测量。测量液滴的几何形状。详细描述参见这里。

2.旋转滴法：可用来测定表/界面张力，尤其适应于低范围（0.1mN/m以下）界面张力的测量。测量的值是一个处于比较密集的物态状态下旋转的液滴的直径或总体几何形状。

3.（液滴）体积/重量法：非常适用于动态地测量表/界面张力。测量的值是一定体积的液体分成的液滴数量（或平均每个液滴的体积或重量）。
液滴体积/重量法其实是悬滴法的一种极端情况：悬滴的体积/重量增大到无法再由表/界面张力来支撑时，导致表/界面撕裂而掉下。但掉下的并不是整个液滴的全部，有部分剩留在毛细管/针管管端口上，这使得掉下的液滴的体积/重量无法精确计算，需要加入经验校正因子。
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C. 建筑光学的光学测量

以光度测量技术为基础进行各项参数的测量，主要包括光源和灯具的光度测量，采光、照明的数量和质量评价指标的定量测量，光学材料的参数测量。光度测量系统是由光电传感器、检流计、导轨和被测光源或标准光源组成。在光电传感器前配有滤光片，使传感器对各种波长的光的相对灵敏度与光谱的光视效率一致。 用一标准光源对光度测量系统的光电输出电流进行标定，并求出光电转换系数K，Φ为光电传感器所接受的光通量；Ω为光电传感器与被测光源所形成的立体角；S为光电传感器的光接受面(S面垂直被测入射光)；r为被测光源到传感器表面的距离；i 为检流计读数。根据上述原理已制成光度计、积分光度计、照度计等光度测量装置。
光电传感器经过改进，使响应时间缩短，测量范围扩大，测量精度提高。例如硅光电池可使响应时间达到纳秒量级，在8个量级的光度动态范围内，线性度可达0.05%，测量精度可达0.01%。特别是测试装置带有模数转换电路时，可把测量所得的量以数字形式输出，并可配以微型计算机，直接得出测量结果。
光源和灯具的光度测量
评价光源和灯具的光度特性的主要指标是光通量、光强分布曲线或曲面、发光效率。光通量可以用球形光度计以一次比较法直接测量，也可用分布光度计先测量光源和灯具的光强分布，再用计算方法求出光通量，进而确定光源和灯具的发光效率。球形光度计和分布光度计配用微型计算机后，可直接给出所测光源的光通量。
采光、照明评价指标和定量测量
建筑采光的数量评价指标是采光系数（见采光标准），可用测量照度的方法计算求得，也可直接用采光系数测量仪测量。
建筑照明的数量评价指标主要包括:
①平面照度。即照射到某一表面上的光通量与被照面的面积之比，可用照度计测量。②平均球面照度。指被测点为球心的“小球”面上的平均照度，可用平均球面照度计测量。③平均柱面照度。指轴线通过被测点的圆柱面上的平均照度，可用平均柱面照度计测量。
建筑采光和建筑照明的质量评价指标有：
①采光照明均匀度。指被测面上的最低采光系数或照度与该面上的平均采光系数或平均照度之比，可用照度计测量后计算得出。②被照面的亮度和亮度分布。可用亮度计测量并计算确定。③眩光。视野内的亮度分布不均匀和亮度差过大引起的眩光，常用眩光指数或限制照明器的亮度进行评价。眩光指数和照明器的亮度可通过亮度测量和计算确定。
光学材料的参数测量
一般建筑光学材料的主要参数有：反射系数、吸收系数、透光系数。常用单功能的反射系数仪或透光系数仪进行测量，也可用多功能的材料光学特性测量仪器进行测量。建筑光学材料的主要作用是控制和调整发光强度，调节室内照度、空间亮度和光、色的分布，控制眩光，改善视觉工作条件，创造良好的光环境。
古代的建筑光学材料大多是天然的，如牛角片、大理石等，后来发展使用丝绸、纸张和玻璃制品。据唐代冯贽 《云仙杂记》记载，中国唐朝纸窗已颇流行，而且已有防水窗纸。玻璃在建筑中的应用，大约有2000年历史，初期为不透明的彩色玻璃，主要用于宫殿、府邸和教堂建筑。19世纪以后，广泛应用玻璃对现代主义建筑的发展产生了深远影响。20世纪中叶，有机玻璃、聚氯乙烯、玻璃钢等在建筑中应用日益广泛。

D. 光学介质中折射率的几种测量方法

介质折射率测定的五种方法
折射率是表征介质光学性质的重要参数，因此折射率的测定成为几何光学的重要问题。介质折射率的测定具有现实意义，成为高考的重点，介质折射率测定的通常有一下五种方法。
一、成像法
原理：利用水面的反射成像和水的折射成像以及折射定律测定水的折射率
方法：如图1-1所示，在一盛满水的烧杯中，紧挨杯口竖直插一直尺，在直尺的对面观察水面，能同时看到直尺在水中的部分和露出水面部分的像，若从点P看到直尺水下最低点的刻度B的像 (折射成像)恰好跟直尺在水面上刻度A的像 (反射成像)重合，读出AC、BC的长，量出烧杯内径d，即可求出水的折射率n．
计算方法如下：光线从O点射出液面时，入射角为i，折射角为r，由光的折射定律

例1一直杆AB的一部分竖直插入装满某种透明液体的柱形容器中，眼睛从容器的边缘D斜往下看去，发现直杆A端经液面反射的像恰好与B端经液体折射形成的像重合，如图1-2所示，已知 ，该液体的折射率是 ．
解析：本实验光路图如图1-3所示，则
二、插针法
原理：光的折射定律．
方法：如图2-1所示，取一方木板，在板上画出互相垂直的两条线AB、MN，从它们的交点O处画直线OP(使 )，在直线OP上P、Q两点垂直插两枚大头针．把木板放入水中，使AB与水面相平，MN与水面垂直．在水面上观察，调整视线P的像被Q的像挡住，再在木板S、T处各插一枚大头针，使S挡住Q、P的像，丁挡住S及Q、P的像．从水中取出木板，画出直线ST，量出图中的角i、r，则水
的折射率 ．
例2用“插针法”测定透明半圆柱玻璃砖的折射率，O为玻璃截面的圆心,使入射光线跟玻璃砖的平面垂直，如图2-2所示的四个图中 是学生实验插针的结果:
(1)在这四个图中肯定把针插错了的是 ．

(2)在这四个图中可以比较准确地测出折射率的是 ．计算玻璃的争折射率的公式是 ．
解析：将 看做入射光线， 看做出射光线，由折射定律知，入射光线与界面垂直，进入玻璃砖后，传播方向不变．由作出的光路图可知A、C错误；而B中光路虽然正确，但入射角和折射角均为零度，测不出折射率，只有D能比较准确测出折射率，角度如图2-3所示，其折射率 ．

例3 如图2-4所示，等腰直角棱镜ABO的两腰长都是16cm．为了测定它的折射率，棱镜放在直角坐标系中，使两腰与Ox、Oy轴重合．从OB边的C点注视A棱，发现A棱的视位置在OA边上的D点，在C、D两点插上大头针，C点的坐标位置(0，12)，D点的坐标位置(9，0)，由此计算出棱镜的折射率为
解析：从C点注视A棱，发现A棱的视位王在OA边上的D点，说明光线AC经OB边发生折射，反向延长线过D点，由此可作出由A棱入射到C点的光路如图2-5所示，则棱镜的折射率为
三、观察法
原理：光的折射定律．
方法：取一圆筒，放在水平桌面上，如图3-1所示．从点A观察，调整视线恰好看到筒底边缘点B，慢慢向筒中注入清水至满，仍从点A观察，能看到筒底的点C，记录点C位置，量出筒高h，筒的内径d及C到筒另一边缘D的距离 ，则水的折射率 ．
例3 如图3-2所示，一储油圆桶，底面直径与桶高均为d，当桶内无油时，从某点A恰能看到桶底边缘上的某点B，当桶内油的深度等于桶高一半时，在A点沿AB方向看去，看到桶底上的C点，C、B相距 ．由此可得油的折射率n＝ ；光在油中传播的速度 ．
解析：画出光路图如图3-3，可知：
，
，

四、视深法
原理：利用视深公式
方法：在一盛水的烧杯底部放一粒绿豆，在水面上方插一根针，如图4-1所示．调节针的位置，直到针尖在水中的像与看到的绿豆重合，测出针尖距水面距离即为杯中水的视深 ，再测出水的实际深度h，则水的折射率 ．
五、全反射法
原理：全反射现象．
方法：在一盛满水的大玻璃缸下面放一发光电珠，如图5-1所示．在水面上观察，看到一圆的发光面，量出发光面直径D及水深h，则水的折射率 ．
例4 如图5-2所示，在水中深度为h的地方有一点光源，为了使光不露出水面之外，在该点源的正上方的水面上漂浮一遮盖物，设水的折射率为n，这个遮盖物的最小面积为多少?
解析：利用全反射原理，设最小面积为S，半径为r，
，
得：
例5在一次测玻璃的折射率实验中，采用了如下方法，将一块半圆形玻璃砖放在水平面上(如图5-3所示)，用一束光线垂直于玻璃砖直径平面射入圆心O，以O为转轴在水平面内缓慢转动半圆形玻璃砖，当刚转过 角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线．这样就可以知道该玻璃砖的折射率n的大小．那么，上述测定方法主要是利用了 的原理，该玻璃的折射率 .
解析：当半圆形的玻璃砖刚好转过 角时，观察者在玻璃砖平面一侧恰看不到出射光线，就说明此时恰好发生全反射．因原来入射光线与界面垂直，故当玻璃砖转过 角时，法线方向也转过 角，故此时入射角为 ， 角即为发生全反射的临界角，故有：

里面的图片我穿不上来，你要的话和我联系。

E. 用投影立式光学计测量塞规属于什么测量方法，绝对测量和相对测量各有何特点

属于相对测量法。

绝对测量法特点是被测量可以直接和标准量进行比较。相对测量，一般使用专用量具，适合大批量生产、测量。测量操作简单、准确。但是，需经常校对量具。

相对测量法用该计量器具检测并获得标准信号参数A，然后通过测量被测对象获得被测对象的信号参数B，将A与B相比较可以获得被测对象的定性及定量结果，在实际测量工作中也叫比较法。

绝对测量法是关注参数绝对的值的测量方法，而相对测量法主要关注的是步进时的增量。

(5)光学方法测量力扩展阅读：

绝对测量法和相对测量法的应用：

绝对测量法测量放射性活度的方法，随放射性核素的不同而不同。按测量方式可分为两大类。一类是用测量装置直接测量。

放射性核素所发生的衰变率，不必依赖于其他测量标准的比较，这类方法称为绝对测量。另一类是相对测量，即需要借助于其他测量标准来校准测量装置，再利用经过校准的测量装置来测量放射性核素的衰变率。

相对测量法是光学材料的重要指标，目前高精度的测量方法一般采用绝对测量法，而该方法步骤繁琐，容易受环境影响。