初中物理光学常用实验方法设计

Ⅰ 创新实验

1453年东罗马帝国灭亡之后,教会的威信下降,世俗的力量上升,思想自由的限制逐
渐地已力不从心,科学研究日渐盛行,理性的信仰开始取代对神明的膜拜.经过了一个多世
纪eQ难探索的岁月,欧洲终于迎来了奇伟壮丽的文艺复兴.这是一个在科学,哲学,文学,
艺术诸多领域中百花争妍,纷纷奏响"知识就是力量"的凯歌的时代.音乐也从教堂中走出
来,进入王公贵族的府邸和富人私宅的客厅中.
1古典时期
17世纪,音乐艺术发展迅猛,这时期已经有了以弦乐为主,并有木管乐器,铜管乐器
组成的室内乐队:到了17世纪末,己具有了早期的古典交响乐团;17世纪70年代末出现
了欧洲最早的专业音乐厅—伦敦约克大厦音乐厅(200座).这时期演奏音乐的音乐厅在
整体和局部关系上都是以天体和谐为根据,还从音乐中吸取比例和和谐,并承袭了16世纪
意大利帕拉第奥(1518-1580)设计的厅,室所常用的3:2长宽比:因此,这时期音乐厅
的体型是矩形的,其高:宽;长的比例常为]二2.3二3.7,符合"黄金率".
古典时期音乐厅的建筑风格仍沿袭宫廷客厅的特点,其空间形象容易辨认,尺度和比
例有节奏上的均衡性,合理和有人性,与安静的生活方式相贴切,由于容积小,比例符合"黄
金率",扩散好;混响时间短〔约1,G-1-3秒i;直达声强,各表面的反射能力强,所以清
晰度高,亲切感强.这时期以巴赫(16851750),亨德尔(1685-1759)作品风格为代表
对音节,明晰的要求也正是很重要,各部分不能有掩蔽.所以音乐厅的音质特性与音乐风格
是相适应的.
2巴洛克时期
18世纪初,管弦乐队的概念和模式己基木形成,阿尔坎杰洛 科雷利(-1713)的
室内奏鸣曲和大协奏曲是巴洛克器乐作品的典范.is世纪中,管弦乐队逐渐成型.到了18
世纪末,交响乐队己经具有包括一个力量平衡的弦乐器组,双管编制的木管乐器组,两支园
号,两支小号和一组铜鼓.
由于社会发展,音乐走向社会,在伦敦,巴黎,莱比锡,柏林,维也纳等地经常举行
公共性的音乐会,为此建造了不少的公共音乐厅.如英国牛津Holywell音乐厅(1748年)
约300座,满场混响时间约1.5秒:德国莱比锡Altes Gewandhaus (1780年)400座;满场
混响时间不会超过1.3秒:维也纳Redoutensaal 800座,该厅建于1631年,建成后又经过不
断地改建,最后完成于1700年,倒堵有浅挑台,高度增到16m,所以是最早的"鞋盒式"
的音乐厅,,K.响时间大约为1.4秒.
这时期的音乐厅的规模己大于17世纪的客厅式的音乐厅.由于容量增多,厅内侧墙和
后墙建有挑台,厅高度大约为15m左右,宽度约为16m左右,空间的比例大约为1:1:2
已是"鞋盒式"的体型.混响时间为1.5-1.7秒.厅内具有丰富的音调,声场扩散,具有明
晰和亲切感,适宜演出贝多芬早期(1820年以前)的作品.
厅内己从古典建筑风格渐渐演变为巴洛克风格;这种风格强调和用手法来制造特殊的
艺术效果,因此大大地吸引了那些讲究排场的王公贵族,那些宫廷客厅的布局是层次高低起
1
伏很大,墙面凹凸明暗,装饰丰富,珠光宝气.但是空间和谐,富丽.巴洛克音乐强调情感
表现,丰富多样,充满着美妙的内涵,但又往往不可避免地带上浮华,傲作和对纯形式的追
求,缺乏深度.所以这时期的音乐厅在声学特点上与巴洛克建筑和音乐的风格是相适应的,
具有很好的声誉.
3.浪漫时期
18世纪中叶以后是历史学家以英国资产阶级革命作为近代史的开端,当时在文学,艺
术,哲学的思潮更新迭起,法国革命的风暴和拿破仑时代过去之后,法国的浪漫主义开始了.
欧洲的音乐经历了巴洛克时期发展到了浪漫"'明,这时期的音乐人才辈出,群星璀璨,是音
乐的黄金时代.音乐成为新兴资产阶级市民`6文化生活所必须,欧洲开始出现了规模比以往
大得多的,主要供音乐演出的公共音乐厅:泛芝音乐厅大部分是模仿音质成功的音乐厅建造
的,因此在造型,空间,内部安排和建筑处理等甚至声学特性都是相似的,这类音乐厅有
Old Boston Sympheny Hall (1863年),2400座,混响时间为1.8秒;维也纳Grosser Musik
Vereinssaal(1870年),1680座,混响时间为2.0秒;巴塞尔Stadt-Casino (1876年),1400座,
a响时间为2.1秒;格拉斯哥Andeew's Music Hall (1877年),2130座,混响时间为1.9秒,
该厅在演奏台后布置了座席,可以吸收大声功率乐器的音量,如打击乐器,铜管乐器等,获
得了好的各声部之间的平衡.这也是后来围绕式音乐厅的雏形;莱比锡Nut c Gewandhaus
(1886年),1560座,混响时间为1.55秒:阿姆斯丹达音乐厅(1888年),22(,0座,混响时
间为2.0秒.其中佼佼者则以维也纳音乐厅,容积(V)约15000m3,总表面积(S)约4000护,
每座容积为9矿,宽(W)为21m,高(H)为17. 5 m,长(L)为40 m,空间比侧为1:1.2:
2. 3 (H:.:L).这座被称之为"金色大厅"的宏伟建筑由泰奥菲尔.汉森设计金碧辉煌的
建筑风格和华丽璀璨的声学效果使其无愧于"金色"的美称.着名指挥卡拉扬赞道:"大厅
的声音很丰满,低音很丰富,高音弦乐的音色也很美……,这是一个能唤起人C高度想象力
的大厅,它给指挥以美感".到现在仍为音乐厅建筑的典范.
这时期所建音乐厅的容积较大,为10000^-20000 m ,容量为2000座左右,空间较大,
每座容积为7.10护,其比例约为1:1-1.3:2.3-2.6扭:w:L)比例修长,纤巧,但仔
细分析一下其空间会发现:以指挥处为割点,听音区与演奏区的长度比例约为1.618二la
这类音乐厅的宽度约为20.左右,厅高为15-19.,长度在40.左右,因有侧向浅挑台,
所以高与宽的比例接近为1二1.容积(V)与总面积(S)之比约在3.7左;5,"鞋盒式"的空
间;沿侧墙有浅挑台和后墙有挑台,演奏区和听音区共处在同一空间中:厅内装修典雅华丽,
具有大量的雕塑以及大型水晶灯,声场扩散,混响时间为1.8-2.2秒,直达声与混响声的
声能比例较小,形成音调丰富而清晰度较低的音质特点,成为演赛浪没派音乐作品的典型环
境.这些音乐厅大都是古典复兴和巴洛克或罗可可风格的折中,但都具有端庄蔽华的艺术形
象,不同凡呐的声学效果.到现在还是音乐厅建筑的声学和建筑空间的典范;所以它们在室
内声学的发展史上具有相当大的贡献,同时也是建筑艺术中的珍品和瑰宝.
4.新建筑时期
19世纪末到20世纪初,人和物质世界之间的关系显示出对科技规律的遵从,主张理性
至上:"功能决定形式"的设计思想得到了广泛地接受,并认为设计建筑应有科学根据,该
时期的科学发展在观演建筑的功能,视线,照明,声学,舞台机械甚至空调技术等方面的成
就都适时地提供设计的根据.另外,荃于社会的发展,人们对音乐的需求,迫切要求建造大
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ilwewe日月..,.,11
容量的音乐厅.以上种种促进了建筑师对设计音乐厅的变革和创新的思潮.但是,无论从建
筑艺术的表现形式,与功能结合的合理性上,还是对科学技术的运用上等都存在着很大的矛
盾和不成熟,这充分表明了该历史时期的时代特点.
这时期建造了不少的音乐厅,着名的有:
芝加哥Orchestra Hall(1891一1905),2582座,混响时间为1.3秒.为了解决视线问
题,取消了厅内的侧向浅挑台;为了增加容星,建造了两层大挑台:池座有不高的升起:厅
内处理手法明显地具有古典歌剧院的影响,但是演奏区和听音区仍处在同一空间中.演奏区
的顶棚和听音区的项棚都连在一起做成向上倾斜,有利于一次声反射.厅内音质千涩,但清
晰.纽约Casnegie HaI1(1891年).2760座,馄响时(a]为1.7秒.正厅平面近乎正方形(30m
X 34m) ,第二和第三层为围向演奏台口呈马蹄形的包佣,如同古典歌剧院:第四和第五层为
大桃台.厅高为24m.演奏区明显地形成镜框式台口:管风琴在台内的侧墙处.厅内音质一
般.伦敦Queen's Hall(1893年),2000座,混响时间为1.3秒.在演奏台两侧有凸形墙面,
可以将乐队的声音均匀地反射到听众席.该厅音质不很理想.爱丁堡Usher Hall(1914年),
2760座,混响时间为1. 7秒.听音区为马蹄形平面.具有两层挑台,它们围向演奏台,具
有现代剧场的特点,但又明显地具有古典歌剧院的影响.演奏区为尽端式,两侧墙的斜角小
于100,对声反射有利.乐队后有合唱队的座席.明显地把演奏区和听音区分为两个区域:
形成镜框式台口.由于演奏台上有谐振现象,对低频声有"染色"现象,厅内声扩敞不好,
音质粗糙.并且声场不均匀.
这类音乐厅的容里大约2500^2800座.大厅体型样式不同于传统音乐厅"鞋盒式"的
样式,与古典歌剧院的形式相仿,由于容量多,视线短,所以厅的宽度大;由于多层挑台.
高度为18-20m,所以容积很大,但是容积与总表面积((V/S)之比并不大,所以混响时间并
不长,丰满度较差,同时因宽度大,所以对反射声的理解是初步的,不全面和处理不成熟,
不系统,反射声的时序和方向也不好,因此音质并不好.但是,由哈佛大学着名声学教授赛
宾,根据他通过实验得出的室内混响时间的理论作为指导,进行设计建造的新波士顿音乐厅
(190.年),2631座,混响时间为1.8秒,则获得非凡的成功,并与维也纳音乐厅,阿姆斯
特月音乐厅同被誉为三大着名古典音乐厅.在建筑艺术上,该厅承袭了19世纪末以前古典
音乐厅的模式-—"鞋盒式"的体型,侧墙有两层浅挑台,后墙有两层挑台.演奏区为尽端
式,侧墙和顶棚具有V度,以利反射.厅的高度(H)为18.5m.宽度(W)为23m,长度(L)为39. 5m,
空间比例(H:W:L为1 : 1. 24 : 2. 14,符合"黄金率".赛宾在设计该厅时,坚持了声学科
学的原则,拒绝了业主提出容量为维也纳容量(1680座)两倍的要求,而为2631座,保持了该
厅的"鞋盒式"的空间比例,改进了演奏台上高而斜项拥,以利反射.
5现代主义(二次大战前)
欧战前夕,西方建筑界继承了"新建筑"运动的革新精神,力图挣脱学院派复古主义,
折衷主义的束缚,进行各种.新"建筑的探索,日渐形成了"现代建筑".战后以德国的格
罗披亚斯为首的"包系斯"派主张"技术,经济和功能",也就是要求建筑设计要以新技术
来经济地解决新功能.在理论和实践上最终地摧毁了被"新建筑"运动所动摇.而在学术界
仍是主导地位的学院派的统治.
在此期间声学研究也取得了很大成就,特别是在1925-1927年,努特生通过对不同厅
堂的测量和评价,提出最佳混响时间与厅堂容积之间的关系:语言清晰度与房间的物理参量
—响度,噪声级,混响时间和体型之间的关系;实际上只做了响度,混响时间对语言清晰
度影响的实验,以及形成回声的最小声程差.所以出现了当时认为以最佳音质条件为出发点
所设计和建造的现代音乐厅,如:
巴黎Salle Pleyel (1927年),3000座,混响时间为1. 45秒.为了增加音量和改进
视线,采用了扇形平面和两层大挑台.按照流行于建筑师中的声学概念-—声线分析方法,
即均匀分布第一次反射声,必然采用抛物线的顶棚,可以把演奏台上声9均匀地反射到观众
席,并且使第一次反射声与直达声的声程差不大于22米,不会产生回声:但是观众席的噪
声也经顶棚反射,集中到演奏台,造成干扰并且分析了体型和确定了尺寸—长(L为51
米,宽度21-31米,平均高度为18米:因为建筑师不理解混响时间与容积和材料的关系,
所以容积过大.而声学家则关心根据赛宾的棍响概念来确定大厅的馄响时间,而对声线的分
析与体型的关系不关心,所以不能提出设计大厅的声学根据,因此,当声学家们还在讨论如
何选择混响时间时,建筑师己经根据声线概念确定了大厅的尺寸,构成了空间,因为尺寸是
构成空间的要素,而建筑师的主要任务是空间的设计.两者各行其是,配合不好,产生不少
问题.另外,当时声学界认为听音区应尽量得寂静,演奏台周围应是强反射,使演奏的声音
尽量反射到观众席,实质上这是当时刚兴起的电影院音质设计的做法,虽然这种做法对于电
影院来说也是不全面的.因此该音乐厅的音质对于语言清晰度很好,对于音乐则不好,所以
很少在此演奏交响乐.美国克里夫兰的Severance Hall(1930年),1890座,混响时间1.4
秒.该厅的设计思想如同上述,所以音质效果相同.英国利物浦的New Philhinmonic Hall
(1939年),1955座,混响时间1.5秒.美国的Buffalo的Klimhans Hall (1!41年),2839
座,混响时间为1.32秒.上述各音乐厅代表了自1900-195.年间所建造的音几厅的模式,
音质都不理想.
这时期的音乐厅容量多,一般为2000-3000座,在美国甚至达到4000-^6000座,为
了增加容量和缩短视距以及避免多层包厢视线不良的缺点,大厅后部被大大地扩大成为扇形
平面,同时又增加了大挑台,而其高深比一般都不大于1/2.根据当时在建筑师中流行的声
学设计概念,顶棚的纵剖面被设计成弧形或抛物线形,以取得最小的声程差,所以顶棚的高
度被大大地降低,这样音乐厅的高度与宽度之比由1:1-3:4变成为1:2^+1:3,成为扁形空
间.由于对电影的声学特点尚未正确理解.大盘使用吸声材料,甚至到了滥用的地步,因
此厅内的混响时间都很短(大约在1.5秒以下),清晰度高,音调很不丰满.由子以巴黎Salle
Pleyel为代表的声学设计方法曾被多数教科书和有关建筑杂志所推荐和介绍,在不同程度
上为大多数现代音乐厅或剧场设计中所采用.其影响很深远,直到50年代之后,声学科学
的发展,才逐渐地减少,但还有影响,特别是以声线法来替代声学设计的观念还很牢固,尤
其在我国的建筑界中.
丹麦哥本哈根广播电台音乐厅(1946年),1093座,混响时间为1.5秒,其模式同上述,
但是因为采用薄壳结构,因为壳顶高,所以演奏台的声音不能均匀的反射,大多数是反射到
第一层挑台的坐席,并有聚焦现象,所以在战后(1954-1955年)改建,其措施是在演赛台
上部悬吊水平的有机玻琦的声反射系列共5排,26块大小不等,离台面高为7-8米,保证
了均匀地分布第一次反射声,井在50毫秒之内,同时也给予演赛台内一定的反射声.这是
在现代音乐厅中首先出现了在高空间中悬吊声反射板,对以后的音乐厅棋式的变化形响很
大.
6现代主义(二次大战后)
>0年代,欢洲经济有了发展,所以各国开始新建以及恢复战争中被毁的文化建筑如:
伦教早家节日音乐厅(1951年),3000座,混响时间为1.45秒,该音乐厅的声学设计考虑比
较周到,在体型,反射面和声学材料布置上都经多次讨论和实验.音乐厅的平面是矩形的,
空间属于介鞋盒式"的,吸收了古典音乐厅的经验,由于3000座席,所以在演奏台两侧和
后而布置了座席1400座).形成了环绕式的特点.本厅的体型虽属古典音乐厅的模式,但仍
然只4战前现代r义设计的影响.以均匀分布第一次反射声为目的,对侧向反射的重要性还
没有认识,所以使演奏台和池座前区处在一个扇形平面中,但侧墙斜角较大.在演奏台上悬
吊三片大的弧1(%斜向的肖反射板,增加第一次反射声.侧墙上部有四层包厢,原来是希望增
加扩散,却相反,不仅没有扩散效果,反而产生大量吸声值,特别对于低颇的吸收.所以厅
内太寂静.丰满度不够,但很清晰.所以效果仍然与战前现代音乐厅相同.由于对于交响乐
作品风格与混响时间关系的研究,后期所建造的晋乐厅的混响时间日渐增长,如柏林音乐学
跪音乐厅(1954年),1360座,混响时间为1.95秒.矩形平面,楼座则向外扩张变成为长
六角形.设计中仍受战前现代主义的影响,顶棚是弧形的,使演奏台的声音直接反射到楼座,
厅内声场分布不均匀,扩散不好,因此对交响乐效果不好,室内乐和独奏效果较好.由于声
学研究对室内声能衰减过程中进行了微观的分析,探讨了前次反射声对室内音质的影响,并
且又发现了侧向反射的重要作用,但是混响理论仍然是基本的根据,所以声场的扩散应是音
乐厅音质好坏的基本条件.德国斯图加德的音乐厅(1965年〕,2000座,混响时间为1.9
妙为了获街好的扩散声场,克里迈尔教授提出不对称的原则.大厅的平面很特殊,形似三
角钢琴,演奏台处在厅内非对称的位置上,它的左侧墙是大片混凝土的凸面,保证辐射声能,
使右侧听众具有强的一次反射声.为了使听众尽呈接近声源.所以大盘听众席布置在左侧,
以便使大量听众更接近第一提琴.厅内具有大量的扩散体,保证声能衰减的混响过程具有好
的扩散程度.因此厅内不仅有强的反射声能,又有良好的扩散声能,这是该时期中突出的例
子这是在正确的声学科学指导下,创造了完全新颖的模式.
7王见代主义(近期)
由于"学理论和实践的发展,建筑理论的反思和创新,音乐厅设计的视野更为重视科
学与艺术的结合,柏林爱乐音乐厅(1963年),2218座,混响时间为2秒,这是由"现代建
筑"大师夏隆fir,署名声学家克里迈尔教授合作设计,他们把各方的主张和成就融合在一起,
着重考虑了人的因素,探索音乐厅的空间环境与人的关联,成功的解决了科学与艺术,内容
与形式的矛盾,创造了世界上第一个围绕式的音乐斤,这是世界范围内成功的作品之一:在
音乐厅的建筑史和声学史上都具有重大的意义.它是一个从平面上看来是对称的.但是空间
上是不对称的,实现了克里迈尔的非对称原则.新西兰克赖斯特丘奇音乐厅(1972年), 2650
座,混响时间为2. 3秒.悉尼歌剧院的音乐厅(1973年),2690座,混响时间为2.0秒.
新西兰惠灵顿音乐厅(1976年),2500座,混响时间为2.45秒.美国丹佛音乐厅(1978
年.,2750座,混响时间为2. 0抄.旧金山大卫音乐厅(1980年),混响时间为2.2秒.
日本三得利音乐厅(1986年),2690座,混响时间为2..秒.这些音乐厅都是在柏林爱乐
音乐片之后调动和综合发挥各种技术和艺术的手段,创造出类型各异,视听俱佳的坐席包围
演奏ry的A-乐厅,这种音乐厅的平面无论是鞋盒式的,还是圆形的,椭圆形的,不规则形的
等等,虽然空间形式各异,但是以演奏台为主和正面坐席所围合的空间比例都符合古典音乐
厅的空间比例,也就是遵循着"黄金率".
纵观兰百余年西方音乐厅的发展,它从矩形平面的厅室,发展到19世纪末的"鞋盒式"
的规模宏大的公共音乐厅,其模式的变化,主要是受社会的发展人们对音乐的需求,促使
容量的增多所致.但仍遵循着"黄金率"的比例.自本世纪以来,科技的发展,促便人们思维
方式发生变化,遵从科技的规律,因此,音乐厅的摸式的变化主要是从视线,舒适等要求考
虑,取消了侧向浅挑台,形成了镜框式舞台口的剧场式模式,但这模式在视觉上无论是科学
性,还是艺术性都并不高明,很快就被淘汰.本世纪初,赛宾教授创立混响时间概念,使音
乐厅的设计和建造建立在科学的基础上,但是在二次大战以前,由于认iR不够全面,声学界
着眼于声学理论和技术的研究,而对如何构成音乐厅空间的具体措施并不注意.建筑界则片
面从均匀分布第一次反射声,对混响概念与音乐厅空间尺寸和材料的关系并不理解,两者各
自进行设计,使声学理论和建筑艺术设计脱节,即使在构成空间的要素~一音乐厅的尺寸上
都不能相互配合,提出合乎声学和建筑科学的根据.以致大V角的扇形平面,大挑台,扁形
空间成为这一时期的主要空间模式,混响时间短,音质干涩,不丰满,但很清晰.现代人的
生活方式和思维方式的多元化,引起作为文化形态的建筑风格的多元化,并且因建筑,材料
和技术的发展,更促使建筑向着多元化和多样化发展.为了适应人们对文化娱乐和审美情趣
的多元化和多样化的要求,音乐厅的空间环境也有很大的变化,音质设计也从本世纪初的混
响理论,逐步地在实践中探索到在混响过程中具有不同阶段的特性,而进入到对室内声能衰
减过程进行了微观的研究,理解到早期反射声的时序和方向的特性,以及整个衰减过程中各
种特性对主观感觉的影响.目前更向着综合方向发展,确认混响理论为基础,并向微观方向
开拓,考虑早期反射声组成的合理性和适度的侧向反射,井促使室内的声能随r间的增长,
在室内混响过程的早期阶段就能达到扩散声场的条件,使人们能感受到强的混响感.因此,
声学理论和技术的发展,适应着人的思维的多元化和多样化.促使音乐厅的模式,随着时代
的发展,容量增多,其类型也多姿多采,风格多样;但因声学规律限制其对尺寸有要求,所
以音乐厅的空间必然是应充分利用自然声源的音量,使听众包国潜演奏台,形成围绕式高空
间的模式,而其所围绕的主要空间即演奏区与它正面的听众席所组合的空间,应遵循"黄金
率"的比率.但是其空间特征应是多样的,多元的;混响时间已从古典音乐厅的1.8-2.0
秒,延长到2.0-2.2秒,并有再延长的趋势,而容量则不大于2500座左右.

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 总论
基础光学实验
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作者： 李允中 潘维济 索书号：O43/33/1 SS号：10071721 出版日期：1987年11月第1版 页数：367

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 总论
现代光学实验
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作者： 李允中 董孝义 王清月 索书号：O43/33/2 SS号：10071722 出版日期：1991年09月第1版 页数：396

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 物理光学(波动光学)
物理光学实验
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作者： 华中理工大学 曾昭宏 董守荣 索书号：O436-33/3 SS号：10071907 出版日期：1989年10月第1版 页数：182

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 物理光学(波动光学)
物理光学实验
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作者： [法]M·Francon 索书号：O436-33/1 SS号：10071906 出版日期：1979年12月第1版 页数：246

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 总论
光学实验
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作者： 张毓英 邵义全 陈怀琳 让庆澜 索书号：O4-33/46 SS号：10099912 出版日期：1989年06月第1版 页数：216

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 几何光学
几何光学实验
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作者： 杨之昌 索书号：53.73/720 SS号：10184534 出版日期：1984年01月第1版 页数：243

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 物理光学(波动光学)
物理光学实验
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作者： 杨志文等 索书号：O432.2/Y31 SS号：10187534 出版日期：1995年08月第1版 页数：359

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用氦氖激光器的光学实验
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作者： 北京工业大学应用物理系资料室 索书号：O43/33/1 SS号：10828562 出版日期：1983年09月 页数：105

O：数理科学和化学图书馆 -> 物理学 -> 光学 -> 总论
现代光学实验教程
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作者： 王仕璠主编 王仕璠 刘艺 余学才编着 索书号：O43-33 SS号：11298174 出版日期：2004年08月第1版 页数：164

Ⅱ 初中的光学实验

1、实验目的：探究及认识光的直线传播
实验方法：拿一支常见的激光光源(小孩子经常玩的，红外线光)或手电筒，(最好在水中加入适量的牛奶，搅拌均匀)，把光射入水中，会发现在水中的光线是沿直线传播的。
2、实验目的：探究及认识光的反射
实验方法：①、在脸盆中平静的水面上看到自己的像，即平面镜成像，根据光的反射原理。
②、把脸盆放在太阳光底下，可以在一定的角度感到很刺眼，说明太阳光反射到人眼中。
3、实验目的：探究及认识光的折射
实验方法：①、把水放入脸盆，发现脸盆底变浅了，说明光发生了折射。
②、把我们的手放入脸盆的水中，可以发现手“折断”了，这是由于光的折射造成的。
以上几条希望对你有所希望，有时间多交流!

Ⅲ 初中物理常见的实验方法有哪些呢

物理学是由实验和理论两部分组成，物理学实验是人类认识世界的一种重要活动，是进行科学研究的基础。它不仅能够提供丰富的感性材料,帮助学生理解物理现象和物理规律,而且能够提供科学的思维方法,激发学习兴趣和求知欲望,培养学生探索世界的能力。现将初中物理教材中的实验方法做如下总结：

一、观察法

是人们为了认识事物的本质和规律有目的有计划的对所显现的有关事物进行考察的一种方法，是收集获取记载和描述材料的常用方法之一。

实例：水的沸腾实验中在使用温度计前，应该先观察它的量程，认清它的分度值。实验过程中要注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程的两种情况，温度计在沸腾前和沸腾时的示数变化；在学习声音的产生时观察小纸片在扬声器中的运动状态，观察正在发声的音叉插入水中激起水花，发现发出声音的物体都在振动；还有光的反射规律；光的折射规律；凸透镜成像特点等。

二、比较法

是确定研究对象之间的差异点和共同点的思维过程和方法，各种物理现象和过程都可以通过比较确定它们的差异点和共同点。

实例：汽车轮船火车飞机它们的发动机各不相同，但都是把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置。而汽油机和柴油机虽然都是内燃机，但它们的构造、吸入的气体、点火方式、使用范围等方面都有不同；再如蒸发与沸腾的比较。

三、控制变量法

是指讨论多个物理量的关系时通过控制其中几个物理量不变，只改变其中一个物理量从而转化为多个单一物理量影响某一个物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上的反映为某两次试验只有一个条件不同，若两次试验结果不同则与该条件有关，否则无关。

实例：研究导体的电阻跟哪些因素有关；研究影响力的作用效果的因素；研究液体蒸发快慢的因素；研究液体内部压强；研究动能势能大小与哪些因素有关；研究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系；研究物体吸收的热量与物质的种类质量温度的变化的关系；研究电流与电压电阻的关系；研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关；研究影响感应电流的方向的因素等都采用此法。

四、等效替代法

所谓等效替代法是在保证效果相同的前提下，将陌生复杂的问题变换成熟悉简单的模型进行分析和研究的思维方法。

实例：研究串联并联电路关系时引入总电阻（等效电阻）的概念，在串联电路中把几个电阻串联起来，相当于增加了导体的长度，所以总电阻比任何一个串联电阻都大，把总电阻称为串联电路的.等效电阻。在并联电路中把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的横截面积，所以总电阻比任何一个并联电阻都小，把总电阻称为并联电路的等效电阻；在电路分析中可以把不易分析的复杂电路简化成为较为简单的等效电路；在研究同一直线上的二力的关系时引入合力的概念。

五、转换法

物理学中对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。

实例：物体发生形变或运动状态改变可证明一些物体受到力的作用；马德堡半球实验可证明大气压的存在；雾的出现可以证明空气中含有水蒸气；影子的形成可以证明光沿直线传播；月食现象可证明月亮不是光源；奥斯特实验可证明电流周围存在着磁场；指南针指南北可证明地磁场的存在；扩散现象可证明分子做无规则运动；铅块实验可证明分子间存在着引力。

六、类比法

所谓类比就是“触类旁通”“举一反三”，它是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出他们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。从而可以帮助我们理解较复杂的实验和较难的物理知识。

实例：电压与水压；电流与水流；内能与机械能；原子结构与太阳系；水波与电磁波；通信与鸽子传递信件；功率概念与速度概念的形成等。

七、建立模型法

是用物理模型使抽象的理论加以形象化，便于想象和思考。物理学的发展过程就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的过程。

实例：研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型；研究光现象时用到光线模型；研究磁现象是用到磁感线模型；力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型；电路图是实物电路的模型；研究发电机的原理和工作过程用挂图及模型；研究内燃机结构和工作原理用挂图及模型。

八、理想实验

理想实验是人们在思想中塑造的理想过程，是逻辑推理和理论研究的重要方法。理想实验虽然也叫实验，但它同所说的真实的科学实验是有原则区别的，真实的科学实验是一种实践活动，而理想实验则是一种思维的活动。

实例：研究真空是否能够传声；牛顿第一定律等。

九、图像法

图象表示一个量随另一个量的变化关系，很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况，因此图象在物理中有着广泛的应用。如：在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中，就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况，学生在亲历实验自主得出数据的基础上，通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。

Ⅳ 中学物理基本实验方法

物理实验方法有哪些，初中物理常用的八种实验方法总结。初中物理学的实验方法有很多，其中初中物理常用的实验方法有八种。我在这里整理了相关资料，希望能帮助到您。

中学物理基本实验方法

图像法：

1.用温度时间图像理解融化、凝固、沸腾现象。

2.电流、电压、图像理解欧姆定律I=U/R、电功率P=UI。

3.正比、反比函数图象巩固密度ρ=m/V、重力G=mg、速度v=s/t、杠杆平衡F1L1=F2L2

4.压强p=F/S p=ρgh

浮力 F=ρ液gV排

热量 Q=cm(t2-t1)等公式。

控制变量法：

1.研究蒸发快慢与液体温度、液体表面积和液体上方空气流动速度的关系。

2.研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系。

3.研究压力的作用效果与压力和受力面积的关系。

4.研究液体的压强与液体密度和深度的关系。

5.研究滑动摩擦力与压力和接触面粗糙程度的关系。

6.研究物体的动能与质量和速度的关系。

7.研究物体的势能与质量和高度的关系。

8.研究导体电阻的大小与导体长度材料横截面积的关系。

9.研究导体中电流与导体两端电压、导体电阻的关系。

10.研究电流产生的热量与导体中电流、电阻和通电时间的关系。

11.研究电磁铁的磁性与线圈匝数和电流大小的关系。

转换法：

1.利用乒乓球的弹跳将音叉的振动放大;利用轻小物体的跳动或振动来证明发声的物体在振动。

2.用温度计测温度是利用内部液体热胀冷缩改变的体积来反映温度高低。

3.测量滑动摩擦力时转化成测拉力的大小。

4.通过研究扩散现象认识看不见摸不着的分子运动。

5.判断有无电流课通过观察电路中的灯泡是否发光来确定。

6.磁场看不见、摸不着，可以通过观察小磁针是否转动来判断磁场是否存在。

7.判断电磁铁磁性强弱时，用电磁铁吸引的大头针的数目来确定。

8.研究电阻与电热的关系时，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测或比较，可通过转换为可看见的现象(气体的膨胀、火柴的点燃等的不同)来推导出那个电阻放热多。

实验推理法：

1.研究真空中能否传声。

2.研究阻力对运动的影响。

3.“在自然界只存在两种电荷”这一重要结论也是在实验基础上推理得出来的。

等效替代法：

1.在电路中若干个电阻可以等效为一个合适的电阻，反之亦可;如等效电路、串并联电路的等效电阻，都利用了等效的思维方法。

2.在研究平面镜成像实验中用两根完全相同的蜡烛其中一根等效另一根的像。

3.用加热时间来替代物体吸收的热量。

4.用自行车轮测量跑道的长度，跑道较长，无法直接测量，用滚轮法处理：轮子的周长乘以圈数即为跑道的周长。

类比归纳法：

1.研究电流时类比水流。

2.用“水压”类比“电压”。

3.用抽水机类比电源。

4.研究做功快慢时与运动快慢进行类比等。

5.用弹簧连接的小球类比分子间的相互作用力。

物理应该怎样学?

一、概念——学习物理的基础

物理概念和术语是学习物理学的基础，只有熟练掌握才能抓住问题的实质和关键。学习物理概念的方法有五种：

1、分类法

对所学概念进行分类，找出它们的相同 点和不同点，初中物理学的概念可分为四小类①概念的物理量是几个物理量的积，例如：功、热量;②概念是几个物理量的比值，如：速度、密度、压强、功率、效 率;③概念反应物质的属性，例如：密度、比热、燃烧值、熔点、沸点、电阻率、摩擦系数等;④概念没有定义式，只是描述性的，如力、沸点、温度。

2、对比法

对于反映两个互为可逆的物理量可用这种方法进行学习，例如：熔解与凝固、汽化与液化、升华与凝华、有用功与额外功。

3、比较法

对于概念中有相同字 眼的相似相关概念利用相比较学习的方法可以找出相同点和不同点，建立内在联系。例如“重力”与“压力”、“压力与压强”、“功与功率”、“功率与效率” “虚像与实像”、“放大与变大”等。

4、归类法

把相关联的概念进行分组比较便于形成知识系统。例如：①力、重力、压力、浮力、平衡力、作用力与反作用 力。②速度、效率、功率、压强。③杠杆、支点、动力、阻力、动力臂、阻力臂、力的作用线。④熔解、液化、蒸发、沸腾、汽化、液化、升华、凝华。⑤串联、并联、混联。⑥通路、短路、断路。⑦能、机械能、功能、势能。

5、要点法

抓住概念中关键字眼进行学习，例如“重力”由于地球的吸引而受到的竖直向上的力 叫重力，这个概念中“地球的吸引”“竖直向下”就是关键字眼，值得反复回味和理解。

二、公式——学习物理的钥匙

每一个公式都有一定的适用范围，不能乱用，每一个字母都有着特定含义，需要理解，例如P=F/S中“S”指两物全接触的公共面积，这个公式既适用于固体，也 可适用于液体和气体，而P=ρ物gh来说适用范围就更小，只适用规则固体物体放在水平面上产生的压强。我们面对每一个公式不能机械记忆其等量关系，广州中考助手物理老师建议应从以下五个方面进行扩展，这样才能形成知识体系，提升学习物理的效率。

1、 根据公式想物理概念，对于ρ=m/V，V=S/t，P=F/S,W=F·S可以记：单位体积某物体的质量叫物质的密度。

2、根据公式记单位，记住物理量的 国际单位、常用单位、单位进率。

3、根据公式想变形公式，多进行这样的训练有利于扩展思维，提高分析问题的能力。

4、根据公式记影响物理量的因素，例如从 f=Fμ记影响滑动摩擦力大小因素是压力大小和接触面的粗糙程度，且成正比，又如通过P=F/S记影响压强大小的因素，其实质是乘积式或比值式的物理量都 可以采用这种方法。

5.通过公式想实验。

公式是实验的原理所在，从公式中想所要测的物理量，从所测物理量想所需的实验器材，再进一步想实验过程，操作过 程中的注意事项。

三、规律——学习物理的关键

物理规律是人们通过长期努力从生活实践中总结出来的重要结论，必须深入领会，加强理解，为了帮助记忆，我们通过口诀方式归纳如下：

1、弹簧秤原理：弹性限度是条件，伸长缩短很关键，变化包括两方面，外力可拉也可压。

2、惯性定律：不受外力是条件，保持匀直或静止，平衡效果合为零，相当没有受外力。

3、阿基米德原理：物体浸在液体中，要受浮力不密底，排开液体的重量，V排ρ液乘以g

4、功的原理：任何机械不省功，总功有用额外和，对物对功才有用，机械绳重摩擦额。

5、杠杆平衡条件：静止不动匀转动，力乘力臂积相等，支点受力画力线，作出力臂是关键。

6、反射定律：三线共面两角等，成像都是虚像的，物像镜面对称轴，镜面凹面均适用。

7、折射规律：两种媒质密不同，三线共面角不等，密度大中角度小，垂入射很特殊。

8、欧姆定律：同一导体同状态，电压电阻定电流，电阻导体本属性，材料长短粗细温。

9、焦耳定律：通电导体产生热，I平电阻乘时间，电能全部转热，纯阻两推经常用。

10、串联电路：串联电流路一条，电流大小处处等。总阻总压各部和，正比关系归电阻。

11、并联电路：并联电压处处等，干路电流支路和。总倒等于各倒和，反比关系归电阻。

12、安培定则：通电导体产生磁，电流方向定磁场。右手握螺旋管，四指电流拇指北。

13、滑动摩擦力：压力粗糙成正比，滑动大于滚动的，匀速直线或静止，根据平衡力来求。

14、大气压强：高度温度和湿度，睛夏高于阴和冬，海拔高度2千内，上升12下降1。

15、物体沉浮：浮力重力相比较，也可比较物液密。物小漂浮悬浮等，物大液密必下沉。

16、决定电阻大小因素：温度一定看材料，长度正比截面反，拉长压缩很特殊，四倍关系要分清。

17、决定蒸发快慢的因素：蒸发吸热要致冷，快慢因素三方面，温度高低接触面，空气流动摇扇子。

18、影响沸点的因素：沸腾沸点要吸热，沸点高低看气压，高山气低沸点低，高压锅内温度高。

19、晶体熔解：吸热升温倒熔点，熔解过程温不变。熔点温度物状态，固态液态或共存。

四、仪器——学习物理学的工具

学习物理的基本方法是观察法和实验法。熟悉物理学中的各种仪器是进行观察实验的基础。能正确使用各种仪器，就能很好地学习物理。

1、总纲：根据需要选器材，范围零刻最小值，使用规则认真记，记录准确加估读。

2、刻度尺：水平放置零对齐，刻线紧贴视线垂，特殊方法四小类，积小成多曲线替。

3、弹簧称：竖直静止匀速读，力的平衡替换的，调零观察最小值，使用不能超范围。

4、温度计：热涨冷缩是原理，接触范围不脱体，体温特殊可脱体，使用之前要先甩。

5、天平：水平放置游码零，刻盘指针对中块，左放物体右法码，游码始终加右盘。

6、平面镜：物像相等镜对称，物动像动含2倍，钟面问题十二减，全像镜长物一半。

7、凸透镜：二倍焦距见大小，一倍焦距见虚正，实像物近像变大，像大必定像距大。实像倒立虚像正，物距像距反向变。

8、杠杆：匀速转动或静止，力和力臂积相等，支点支在支架上，调节螺母水平衡。用力最小力臂大，支点力点连线垂。

9、滑轮：轮上之力必相等，轴上之力轮2倍，省力必定费距离，轮上移距轴2倍。

10、定滑轮：固定不随物移动，支点轴上在园心，力臂相等为半径，省力一半不变向。

11、动滑轮：动滑支点在轮上，竖直用力省力半，效率计算要计重，不变方向费距离。

12、滑轮组：n个定动一根绳，定出2n变力方，如要2n多一股，动出多省方不变。

13、伏特表：内阻很大电流忽，并联要测的两端，若是串接在电路，V表有数A无数。

14、滑动变阻器：改变电路的电阻，有效部位分清楚，无效不通或短路，滑片接伏三类型。

五、联系生活——学习物理的灵丹妙药

物理现象与生活密切联系，联系身边的生活现象，用所学的知识解决实际问题，才能变知识为能力，才能加深理解和增强记忆，如以下例子：

1、长度测量：太薄太短少积多，圆形弯屈细线法。

2、相对运动：月亮走啊我也走，巍巍青山两岸走。

3、蒸发：凉晒衣粮吹风扇，水中不冷上岸冷。

4、液化：“白气”不是水蒸气，水气液化小雾滴，雾露石油液化气，蒸气汤手更厉害。

5、升华凝华：灯泡变黑霜和雪，冰冻衣服直晒干，人工降雨用干冰，下雪不冷化雪冷。

6、直线传播：小孔成像影形成，瞄准射击日月食。

7、平面像：镜子潜艇潜望镜，水中月亮镜中花。

8、折射：筷子变弯眼受骗，叉鱼河底像变浅。

9、增大摩擦：凹凸花纹洒灰渣，筷子提米要挤压。

10、增大压强：磨刀宽带地基厚，履带大象和骆驼。

六、思路——学习物理的捷径

学习物理，要理顺解题思路，归纳起来就是一看二想三画图，根据模式去解题，具体来说，就是要：

首先看题，寻找题设中的关键字眼，理解这些字眼中的特殊含义;

二想就是要想该题属于哪个范围的题目，涉及哪些概念、规律或计算公式：

三画图就是要把抽象的文字信息变成不同的物理具体图形，最后建立解题模式。

1、下列字眼含义深刻，应该理解熟记，达到能快速提高的地步。

①匀速直线运动(静止)：要么不受力，要么受平衡力，速度不变，动能不变。

②光滑水平面：不计摩擦，摩擦力为零。

③水平面上：压力在数值上等于重力。

④照明电路(电压等于220伏);正常工作：电压等于额定电压，电功率等于额定功率。

⑤导线电阻不计，电压表内耗电流不计，电流表内耗电压不计。

⑥没有特殊要求，物体都是实心的。

⑦漂浮 悬浮 浸没

2、常见解题关键和模式

①光学问题抓“法线”，力学题目要从受力的分析，两力平衡入手;解电学问题要分析电路的性质(是串联还是并联)，弄清各个电表测量的是什么量入手(是总压还是 分压，是总流还是分流)，各个电键的作用是什么?控制什么用电器(滑动变阻器有效部位是什么?抓住这些信息分析，问题大都可以迎刃而解)。

②解物理习题的思维程序

审题→文字翻译→记忆留痕→建立物理情景→找出隐念条件→排除干扰因素→确立解题关键→建立思维网络→列方程解题。

翻译和留痕就是在审题时首先用符号来表示物理量，并标在物理量上，建立物理情景就是运用示意图变抽象为具体。

七、技巧——学习物理的杠杆

学习物理的方法很多，综合和分析是一般的思维方式，有时采用特殊方法进行思考，可以使问题简单化。下面粗略介绍几种供同学们选择。

1、因素分析法：运用有关物理公式，列出与问题有关的和类关系式，了解不变因素，分析问题涉及的变量，作出解答，例如同一物体在同一水平面上分别以5米/秒的速度和1米/秒的速度作匀速直线运动，摩擦力的大小怎样变化。

2、图示法：认真审题，把题设景象通过画图表示出来，便如力学中受力分析示意图，光学中的光路图，电学中的电路图。

3、极端法：有意扩大变量差异，扩大变化可使问题更加明显，易辩加深对问题的讨论。例如测量中的误差。

4、整体法：把研究的几个相关联的对象作为一个整体考虑，可化简为易。

5、反证法：对一些命题举出反例给予否定。对于“一定”“肯定”等字眼特别有效。

八、发现——学习物理的最高境界

通过学习，利用所学的知识，发现教材中没有出现但又有用的规律，使问题简化，这是学习物理的标准之一!

例如：

A、规则固体水平放， ρgh算压强

B、液体流动容器装，压力大小看形状上重下压形象化，上下相等叫规则

C、物体漂浮液面上，所受浮力等重力V排除以物体积，等于ρ物除ρ液

D、物体全部浸液体，V排等于物体积重力浮力比值等，物液密度的比值

E、纯冰漂在液面上，化后液面看液密大于水密要上升，小于等于均不变

F、冰含杂质船抛物，关键看物的密度小等液密液不变，大于肯定要下降

G、规则容器放物体，增压浮力除以底。

九、初中阶段常见的常数

Ⅳ 初中物理实验常用方法及相应的实验列举

一、控制变量法
在初中物理中，探究影响导体电阻大小的因素、电流跟电压和电阻的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素、影响滑动摩擦力大小的因素、决定压力作用效果的因素等等实验，运用了控制变量法
二、等效替代法
例如，在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点，揭示出规律。
三、转换法
譬如，在研究电热与电阻关系的实验中，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较，而我们通过转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出那个电阻放热多。
四、类比法
如：在研究电压的作用时，借助于看得见而学生比较熟悉的“水压形成水流”的实验作类比，来揭示电压是形成电流的原因。又比如在研究通电螺线管的磁场的实验中，为准确记忆通电螺线管的北极与电流方向的关系，以紧握的右拳头类比为螺线管，四指为线圈并指向电流的方向，则大拇指所指的一端为北极。
五、放大法

初中物理实验中对微小量的测量常常采用“放大法”来解决。例如：①游标卡尺就是在这种思想方法下的产物。②借助于细管中液体的移动或者连通器细管中的高度差实现“放大”。其中用温度计、体温计测量温度的实验，焦耳定律实验等都用了“放大法”。

Ⅵ 物理实验的常用设计方法有哪些