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大学物理实验设计性实验
实 验 报 告
物理系 大学物理实验室
实验日期：200 9 年 12 月 4 日
实验题目：
班 级：
姓 名：
学号：
指导教师：
实验24 《光的色散研究》实验提要
实验课题及任务
《光的色散研究》实验课题任务是：当入射光不是单色光并且入射到三棱镜上时，虽然入射角对各种波长的光都相同，但出射角并不相同，表明折射率也不相同。对于一般的透明材料来说，折射率随波长的减小而增大。如紫光波长短，折射率大，光线偏折也大；红光波长长，折射率小，光线偏折小。折射率n 随波长λ又而变的现象称为色散。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《光的色散研究》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶ 掌握用分光计测定三棱镜顶角和最小偏向角的原理和方法，并求出物质的折射率。
⑷ 用分光计观察谱线，并测定玻璃材料的色散曲线λ~n ； ⑸ 应该用什么方法处理数据，说明原因。
⑹ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
给定分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯、钠光灯
实验提示
最小偏向角min δ。与入射光的波长有关，折射率也随不同波长而变化。折射率n 与波长λ之间的关系曲线称为色散曲线。本实验以高压汞灯为光源，各谱线的波长见附录。用汞灯的光谱谱线的波长作为已知数据，测量其通过三棱镜后所对应的各最小偏向角，算出与min δ对应的n 值，在直角坐标系中做出三棱镜的λ~n 色散曲线。用同一个三棱镜测出钠光谱谱线的最小偏向角，计算相对应的折射率，用图解插值法即可在三棱镜的色散曲线上求出钠光谱谱线的波长。
教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。
思考题
证明41i i （1i 为入射角，4i 为折射角）时的偏向角为最小偏向角。
图1
光的色散研究
实验目的：
1.进一步掌握分光计的调整技术，学习用分光观察棱镜光谱
2.握用分光仪测量棱镜的顶角的方法
3.握用最小偏向角法测量棱镜的折射率
4.会用分光仪观察光谱，研究光的色散
实验仪器：
分光仪、平面镜、三棱镜、高压汞灯
实验原理：
1.光的色散和色散曲线
光在物质中的传播速度v 随波长 而改变的现象，称为色散。因为物质的折射率n 可以表示为
,
式中c 是真空中的光速。由上式可见，色散现象也表现为物质的折射率随波长的变化，即可以表示为下面的函数形式
上式所表示的关系曲线，也就是折射率随波长的变化曲线，称为色散曲线。物质的折射率随波长变化的状况和程度，常用色散率d n /d 来表征。
2、最小偏向角法测量三棱镜玻璃材料的折射率
测量玻璃材料折射率的方法很多，这里用的是最小偏向角法。如图1所示，三角形ABC 表示三棱镜的主截面，AB 和AC 是透光面（又称为折射面）。设有一束单色光LD 入射到棱镜的AB 面上，经过两次折射后从AC 面沿ER 方向射出。入射线LD 和出射线ER 间的夹角δ称为偏向角。根据图1，由几何关系，偏向角δ为
)
()(3421i i i i FED FDE -+-=∠+∠=δ （1）
因α=+32i i ，α为三棱镜的顶角，故有
αδ-+=41i i （2）
对于给定的棱镜来说，顶角α 是固定的。由式2可知，δ随i 1和i 4而变化。其中，i 4与i 3、i 2、i 1依次相关，由折射率决定。因此，i 4是i 1的函数。归结到底，偏向角δ也就仅随i 1变化。由实验中可以观察到，当i 1变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角δmin 。下面用求极值的方法来推倒δ去极值的条件。
令0
1
=di d δ
，由式（2）得
1
1
4-=di di （3）
再利用α=+32i i 及两折射面处的折射条件
432
1sin sin sin sin i i n i n i == （4） 得到
3
2
2
22
2
3
2
2
32
22
2
22
3
2
2
222
232
14
31
22
33
41
4tan
)1(1tan )1(1tan
sec tan sec sin 1cos sin 1cos cos cos )1(cos cos i n i n i n i i n i i n i i n i i n i i i n di di di di di di di di -+-+-
=---
=---
=?
-?=
?
?= （5）
比较式（3）和式（5），有32tan tan i i =。而在棱镜折射的情形下，i 2和i 3均小于π/2，故i 2=i 3。由式（4）可知，i 1=i 4。可见，δ取极值的条件为
32i i =或41i i = （6） 显然，这时入射光和出射光的方向相对于棱镜是对称的，光线在棱镜内平行于底边。同
样可证当41i i =时，0
21
2
>di
d δ
，即δ取得极小值。此时得到
αδ-=1min 2i （7）
而2/,232αα=+=i i i 。于是，棱镜对该单色光的折射率为
()
2
/sin 2
1sin sin sin min
2
1αα
δ+=
=
i i n （8）
由于α是常数，且
180min <+αδ，故n 与min δ是一一对应的。
由式（8）可知，实验上只要测得三棱镜的顶角α和某单色光通过三棱镜后所对应的最小偏向角min δ，则该单色光在玻璃材料中的折射率n 即可求。
3、(1) 用反射法测三棱镜顶角A
转动载物台，使三棱镜顶角对准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上（见图2）。将望远镜转至I 处观测反射光，调节望远镜微调螺丝，使望远镜竖直叉丝对准狭缝像中心线。再分别从两个游标（设左游标为1右游标为2读出反射光的方位角1θ，'1θ然后将望远镜转至Ⅱ处观测反射光，相同方法读出反射光的方位角2θ，'2θ。由图2以证明顶角为:
4/)]''()[(1212θθθθ-+-=A
要求测量3次以上，求平均值和不确定度，数据表格自拟。每次测量完后可以稍微变动载物台位置，再测下一次。
（2）用自准法测量三棱镜顶角A
利用望远镜自身的平行光及阿贝自准系统来进行测量的，测量光路如图3所示，使望远镜光轴垂直于AB 面,读出角度θM 和θN ，再将望远镜垂直于AC 面读出角度θ’M 和θ’N 。望远镜转过角度
)]()[(2
1'
'
N N M M θθθθ?-+-=
。
由几何关系可得：三棱镜顶角 A=180o -φ. 4．最小偏向角的测量方法
测定棱镜的顶角后，把顶角A 放到载物平台的中心，棱镜的磨沙面向外，使从平行光管出来的汞灯光能经过棱镜色散后形成光谱。先用眼睛直接观察平行光经过折射后的出射方向，再将望远镜移到该处，使在望远镜中能清楚地看到光谱。然后缓缓地转动平台，使光谱的偏向角逐渐减小，调节望远镜，使当平台转动时保证能看到光谱。当载物平台转到某一位置时谱线不随平台转动而移动，而且当继续转动平台谱线会向相反方向移动，也即偏向角反而增大。谱线移动改变的位置就是棱镜对该谱线的最小偏向角。
反复转动平台，准确找到该位置，然后固定平台,转动望远，使十字叉丝的竖线与光谱线重合，记录在该位置的游标读数1θ和'1θ。
移去三棱镜，再转动望远镜，使十字叉丝竖线对准平行光管的狭缝像，记录两游标的读数2θ和'2θ。
与望远镜的两个位置相应游标之差，即为最小偏向角min
δ
2/)]''()[(1212min
θθθθδ
-+-=
实验步骤：
1. 调节分光仪
先用目测法进行粗调，平行光管锁紧螺钉，调节平行光管倾斜度调节螺钉与望远镜倾斜度调节螺钉，使两者目测呈水平。再完全松开载物台倾斜度调节螺钉，使上圆盘紧贴着下圆盘，使载物台呈水平。
（1）调节望远镜聚焦无穷远
打开小灯泡开关照亮目镜中的双十字叉丝，前后移动目镜，使双十字叉丝位于目镜的焦平面上，使该十字最清晰。然后，将一平面反射镜按图放在载物台上，使平面镜的反射面与平台下的两个螺丝2a和3a的连线垂直，当调节镜面的俯仰时只需调节2a 和3a就行了。缓慢地左右转动平台，使由透明十字叉丝线经物镜发出的平行绿光经镜面反射后，又回到物镜镜筒中并行成一模糊的小十字像。若看不见像或光斑，说明镜面对望远镜的倾斜度不合适，应调节望远镜的螺丝或调节平台下的螺丝2a和3a以找到光斑。找到光斑后，前后移动目镜套筒，使十字像最清晰。这时候望远镜就已经聚焦
无穷远。
（2）调节望远镜光轴与仪器转轴垂直
撤去平面镜，把三棱镜放在平台上，顶角A与平台圆心重合，一条边与平台底下的两个螺丝2a和3a的连线的中垂线重合，而且一个光学面正对望远镜，另一光学面对着平行光管。左右转动平台，观察望远镜中是否能观察到十字像，若没有，就调节望远镜倾斜度螺丝和平台调节螺丝2a和3a，使在望远镜中能看到反射回来的十字叉丝。若看到的十字像如下图，采用各调一半法进行处理，即调节望远镜倾斜度螺丝，使十字像与上叉丝的距离移近一半，调节靠近望远镜这一端的平台调节螺丝，使十字像与上叉丝重合。旋转平台180o，重复刚才的步骤，使十字像与上叉丝重合为止，接着旋转平台90o，调节平台下的螺丝1a，使十字像与上叉丝最终重合。
（3）调整平行光管，使其产生平行光，并使其光轴与仪器转轴平行
用前面已经调整好的望远镜调节平行光管。当平行光管射出平行光时，则狭缝成像于望远镜物镜的焦平面上，在望远镜中就能清楚地看到狭缝像，并与准线无视差。
?? ①调整平行光管产生平行光。取下载物台上的平面镜，关掉望远镜中的照明小灯，用钠灯照亮狭缝，从望远镜中观察来自平行光管的狭缝像，同时调节平行光管狭缝与透镜间的距离，直至能在望远镜中看到清晰的狭缝像为止，然后调节缝宽使望远镜视场中的缝 宽约为1mm 。
?? ②调节平行光管的光轴与分光计中心轴相垂直。望远镜中看到清晰的狭缝像后，转动狭缝（但不能前后移动）至水平状态，调节平行光管倾斜螺丝，使狭缝水平像被分划板的中央十字线上、下平分。这时平行光管的光轴已与分光计中心轴相垂直。再把狭缝转至铅直位置，并需保持狭缝像最清晰而且无视差。
2.测量三棱镜的顶角
打开汞灯，用反射法测量三棱镜的顶角A ，重复测量4次，求顶角及其平均值和不确定度。
3.测量不同光谱的最小偏向角
（1）按照图4放置三棱镜，转动望远镜找到出射光的位置，反复转动平台，准确找到谱线移动改变的位置，然后固定平台，转动望远镜，使十字叉丝的竖线首先与红色谱线重合，记录两游标的读数1θ和'1θ。
（2）移动望远镜，依次对准其他谱线，分别记录在该位置的游标读数。
（3）移去三棱镜，再转动望远镜，使十字叉丝竖线对准平行光管的狭缝像，记录两游标的读数2θ和'2θ。
（4）分别求出各谱线的最小偏向角min
δ和min
δ
的不确定度 U δ
（5）求出对应的相对不确定度。
4、求汞灯各种光谱的折射率n 及不确定度。
5、根据折射率n 与波长λ作出玻璃材料的色散曲线λ~n 。
注意事项:
（1）三棱镜要轻拿轻放，要注意保护光学表面，不要用手触摸折射面。
（2）用反射法测顶角时，三棱镜顶角应靠近载物台中央放置（即离平行光管远一些）否则反射光不能进入望远镜。
（3）在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中是否经过刻度盘零点，如经过零点，应在相应读数加上360°（或减去360°）后再计算。
思考题：
证明41i i =（1i 为入射角，4i 为折射角）时的偏向角为最小偏向角。
数据处理：
1、用反射法测三棱镜顶角的数据记录：
棱镜顶角：
4/)]''()[(21211θθθθ-+-=A
=[(50°25′15″+360°-290°25′30″)+( 230°25′30″-110°26′00″)]/4 =59°59′49″
同理得：
A 2=60°00′08″ A 3=59°59′56″ A 4=60°00′04″
棱镜顶角的平均值：
4
)
(4321A A A A A +++=
=（59°59′49″+60°00′08″+59°59′56″+60°00′04″）/4 = 59°59′59″
棱镜顶角的A 类不确定度 ：
∑-=-=
n
i A
A A S
i n 1
2
)
(1
1=
[()()()()]
2
222″
59′5959-″04′0060″
59′5959-″56′5959″59′5959-″08′0060″59′5959 -″49′59591
41??+??+??+??-
=8″
=0.00004
棱镜顶角的B 类不确定度： 3
2'=u A =0.0003
棱镜顶角的不确定度 ：
u S
U A
A
2
2+
=
δ
=2
2
00004.00003.0+=0.0003
2、测量最小偏向角数据记录：
光谱的最小偏向角 2
)
''()(1212min
θθθθδ
-+-=
红色谱线的最小偏向角：
min
δ
=
2
)
″15′26119″15′10170()″30′26299″30′10350(?-?+?-?=50°44′00″
同理得：黄色（1）谱线的最小偏向角min
δ
=51°01′08″ 黄色（2）谱线的最小偏向角min
δ=51°02′45″
绿色谱线的最小偏向角min
δ=51°24′08″ 青色谱线的最小偏向角min
δ
=52°13′08″
蓝紫色谱线的最小偏向角min
δ=53°35′30″
紫色（1）谱线的最小偏向角min
δ=54°35′00″ 紫色（2）谱线的最小偏向角min
δ
=54°42′15″
各光谱偏向角的不确定度 2'=?=inst K U δ，K=1
2'=?=inst U δ
=0.0006
3、三棱镜对于不同光谱的折射率
()??
? ????
?
???+=
=2sin 2sin sin sin min 2
1A A i i n δ
红色：n 1=()?
?
?
?????
???
?
?+?2″59′5959sin 2″59′5959″00′4450sin = 1.6456
同理得：黄色（1）n 2=1.6484 , 黄色（2）n 3=1.6487 绿色n 4=1.6522 青色n 5=1.6602 蓝紫n 6=1.6734 紫色（1）n 7=1.6828 ， 紫色（2）n 8=1.6840 三棱镜对于不同光谱的折射率的不确定度
U
n
=
)
(
)
(
2
2
U n U A
n A δδ
????+
=]
)2
(sin
)2
cos(
2
1[
]
)2
(sin
2
sin 2
1
[1
min
2
min
2
2
U A A
U A A δδ
δ
-+-+
红色光谱折射率的不确定度：
U
n
=
]
)2
(sin
)2
cos(21[])2
(sin 2sin 21[1
min
2
min 2
2
U A A
U A A δδδ-+-+ =
]0006.0)2
9″
5′9559(sin )2″59′5959″00′4450cos(21[]0003.0)29″5′9595(sin 2″00′4450sin 21[1
2
2
2
??+???-+- =0.0004
同理得：黄色（1）：U n = 0.0004 黄色（2）：U n = 0.0004
绿色：U n = 0.0004 青色：U n = 0.0004 蓝紫：U n = 0.0004
紫色（1）：U n = 0.0004 紫色（2）：U n = 0.0004
相对不确定度：%100?±
=n
U
U
n
rn
红色：U
rn
=%
1006456
.10004.0?±=%02.0±
同理得：黄色（1）：U rn
=%02.0± 黄色（2）：U
rn
=%02.0±
绿色：U
rn
=%02.0± 青色：U
rn
=%02.0± 蓝紫：U
rn
=%02.0±
紫色（1）：U rn
= %02.0± 紫色（2）：U
rn
=%02.0±
实验结果：
红色：n =(1.6456±0.0004) U rn=%
±
.0
02
黄色（1）：n =(1.6484±0.0004) U rn=%
.0
±
02黄色（2）：n =(1.6487±0.0004) U rn=%
.0
±
02绿色：n =(1.6522±0.0004) U rn=%
±
02
.0
青色：n =(1.6602±0.0004) U rn=%
02
±
.0
蓝紫：n =(1.6734±0.0004) U rn=%
±
02
.0
紫色（1）：n =(1.6828±0.0004) U rn=%
±
02
.0
紫色（2）：n =(1.6840±0.0004) U rn=%
±
.0
02 4、作出玻璃材料的色散曲线λ
n（坐标纸）
~
图1
思考题：
证明41i i =（1i 为入射角，4i 为折射角）时的偏向角为最小偏向角。 证明：根据图1，由几何关系，偏向角δ为
)()(3421i i i i FED FDE -+-=∠+∠=δ （1）
因α=+32i i ，α为三棱镜的顶角，故有
αδ-+=41i i （2）
对于给定的棱镜来说，顶角α 是固定的。由式2可知，δ随i 1和i 4而变化。其中，i 4与i 3、i 2、i 1依次相关，由折射率决定。因此，i 4是i 1的函数。归结到底，偏向角δ也就仅随i 1变化。由实验中可以观察到，当i 1变化时，δ有一极小值，称为最小偏向角δmin 。下面用求极值的方法来推倒δ去极值的条件。
令
1
=di d δ
，由式（2）得
1
1
4-=di di （3）
再利用α=+32i i 及两折射面处的折射条件
432
1sin sin sin sin i i n i n i == （4） 得到
3
2
2
22
2
3
2
2
32
22
2
22
3
2
2
222
232
14
31
22
33
41
4tan
)1(1tan )1(1tan
sec tan sec sin 1cos sin 1cos cos cos )1(cos cos i n i n i n i i n i i n i i n i i n i i i n di di di di di di di di -+-+-
=---
=---
=?
-?=
?
?= （5）
比较式（3）和式（5），有32tan tan i i =。而在棱镜折射的情形下，i 2和i 3均小于π/2，故i 2=i 3。由式（4）可知，i 1=i 4。可见，δ取极值的条件为
32i i =或41i i = （6）
显然，这时入射光和出射光的方向相对于棱镜是对称的，光线在棱镜内平行于底边。同
样可证当41i i =时，0
21
2
>di d δ
，即δ取得极小值。
课 程 设 计 光学显微镜设计 设计题目 学 号 专业班级 指导教师 学生姓名 测量显微镜
根据学号得到自己设计内容的数据要求： 1.目镜放大率10(即焦距25） 2.目镜最后一面到物面距离110 3.对准精度1.2微米 按照实验步骤，先计算好外形尺寸。然后根据数据要求选取目镜与物镜。 我先做物镜。因为这个镜片比较少。按物镜放大率选好物镜后，将参数输入。简单优化，得到比较接近自己要求的物镜。 然后做目镜，同样的做法，这个按照焦距选目镜，将参数输入。将曲率半径设为可变量，调入默认的优化函数进行优化。发现“优化不了”，所有参数均没有变化。而且发现把光源放在“焦点”位置，目镜出射的不是平行光。我百思不得其解。开始认为镜头库的参数可能有问题。最后我问老师，老师解释，那个所谓的“焦点”其实不是焦点，我错误的把“焦点”到目镜第一个面的距离当成了焦距。这个目镜是有一定厚度的，不能简单等效成薄透镜。焦点到节点的距离才是焦距。经过老师指点后，我尝试调节光源到目镜第一面的距离，想得到出射平行光，从而找到焦点。但这个寻找是很费力气的，事倍功半。老师建议我把目镜的参数倒着顺序输入参数。然后用平行光入射，然后可以轻松找到焦点。 但是，按照这个方法，倒着输入参数，把光源放在无限
远的地方（平行光入射），发现光线是发散的。不解。还是按照原来的方法。把光源放在目镜焦点上，尽量使之出射平行光。然后把它与优化好的物镜拼接起来。后来，加入理想透镜（会聚平行光线），加以优化。 还有一个问题，就是选物镜的时候，发现放大倍率符合了自己的需求，但工作距离与共轭距，不符合自己的要求。这个问题在课堂上问过老师，后来经老师指点，通过总体缩放解决。 物镜参数及优化函数
神奇的光现象 一、教学任务分析 本节学习光的色散。学习本节内容需要光的反射、光的折射等知识为基础，进一步学习因不同单色光折射本领不同引发的光的色散现象、三原色光和物体的颜色之谜。 学生在日常生活中见到过各种颜色，而对彩虹类的现象见之不多，对其成因较难理解。通过小组实验、讨论，交流，知道有复色光与单色光的区别，并尝试解释彩虹形成原因，体会三原色组合应用，了解物体的颜色之谜。 本节课的教学要求学生主动参与，体验学习过程中的动手乐趣及学习活动中的实际操作，激发学习物理的兴趣，提高学习的能力层次，感受透过现象看本质的思维方法，感悟观察、实验、推理对形成概念和发现规律的重要作用。 二、教学目标 1、知识与技能 （1）知道光的色散现象和原因。 （2）知道光的三原色。 （3）知道物体的颜色成因。 （4）初步学会观察与光的色散有关的实验现象。 2、过程与方法 （1）经历把白光分解为各种色光的实验探究。 （2）感受色光混合的实验过程。 （3）经历研究透明物体和不透明物体颜色成因的过程。 3、情感、态度与价值观 （1）体验色散的各种事实，了解尊重事实、实事求是的科学态度。 （2）体验研究“白光分解”、“色光混合”和“透明物体和不透明物体颜色成因”的实验过程，萌发对物理现象的好奇心和物理学习的兴趣，树立尊重他人的意识。 三、教学重点和难点 重点：白光的色散、三原色光。 难点：色散的原因。 四、教学资源 1、学生实验器材：手电筒、装有水的圆形烧瓶、三棱镜、玻璃砖、彩色透明纸、三色陀螺、计算机等。 2、演示实验器材：强平行光源、三棱镜、教师制作的多媒体课件等。 3、自制模拟演示PPT幻灯片。 五、教学设计思路 本设计的内容包括白光的色散、物体的颜色等两部分内容。 本设计的基本思路是：以关于彩虹传说的flash动画和探究小实验为基础，以学生分组实验讨论、教师点拨为基本方法，引入白光的色散现象。通过“探究三原色光的混合”等学生实验，建立“三原色光”的概念。最后通过“透明物体颜色的成因”和“不透明物体颜色的成因”等学生实验和演示实验，得到物体颜色的成因。 本设计要突出的第一个重点是白光的色散。方法是：可以结合多媒体课件和实验现象两方面信息加深学生的印象和理解。实施教学时，创设情景引入，利用传说导入彩虹现象，激起学生的学习兴趣与求知欲，并鼓励他们利用现有的器材设法找到类似彩虹的彩色条纹，活动中让学生在没有框定的情况下以多种方法去探索寻找，从而全方位释放学生的思维活动，
光电计数器实验报告 学生姓名李志 学号081244115 专业名称光信息科学与技术 指导教师易煦农 时间日期2011-10-19 摘要 21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理 的基础技术，是获取信 息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。 光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计
数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。 【关键词】光电效应光电传感器光电计数器 ABSTRACT The 21st century is the age of information, it is the access to information, treatment information, use of the information age. Sensing and detection technology is important because it is the access to information and the information necessary to deal with the underlying technology, is access to information and means of processing information, unable to get information you won't be able to use information. Photoelectric sensor is a light signal into an electric signal of the sensor. It is the theoretical basis of the photoelectric effect. These effects can be broadly divided into three categories. The first type is outside of the photoelectric effect, namely, in daylight, can make the tungsten surface. Use this effect caused by device with vacuum photocell, photomultiplier tubes, etc. The second category is the photoelectric effect, i.e., in the light, can make the electrical resistivity of the material change. Such devices include various types of photosensitive semiconductor. The third category is photo voltaic effect, in the light, the objects within the EMF EMF, this is called light-induced electromotive force. This class of
单片机技术及应用综合训练 （设计报告）
前言 随着人们生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变得尤为突出。在科学技术不断发展的今天，电子密码防盗锁作为防盗卫士的作用显得日趋重要。 本文从经济实用的角度出发，系统由STC89C52与低功耗CMOS型E2PROM AT24C02作为主控芯片与数据存储器单元，结合外围的键盘输入、LCD显示、报警、开锁等电路模块。它能完成以下功能：正确输入密码前提下，开锁；错误输入密码情况下，报警；密码可以根据用户需要更改。用C语言编写的主控芯片控制程序与EEPROM AT24C02读写程序相结合，并用Keil软件进行编译，设计了一款可以多次更改密码，具有报警功能的电子密码控制系统。 本密码锁具有设计方法合理，简单易行，成本低，安全实用，保密性强，灵活性高等特点，具有一定的推广价值。 关键词：电子密码锁、报警、液晶显示
目录 一、选题要求 (1) 二、硬件电路设计 (1) 2.1 51单片机 (2) 2.2 键盘电路 (2) 2.3 液晶显示电路 (2) 2.4 警报电路 (3) 2.5 密码储存电路 (3) 2.6 晶振、复位及关锁 (3) 三、软件设计 (4) 四、软硬件调试结果 (9) 4.1 电路总原理图 (9) 4.2 调试结果 (10) 五、总结 (11)
一、选题要求 本文从经济实用的角度出发，设计采用单片机为主控芯片，结合外围电路，组成电子密码控制系统，密码锁共6位密码，每位的取值范围为0~9，用户可以自行设定和修改密码。用户想要打开锁，必先通过提供的键盘输入正确的密码才可以，密码输入错误有提示，为了提高安全性，当密码输入错误三次将报警，期间输入密码无效，以防窃贼多次试探密码。6位密码同时输入正确，锁才能打开。锁内有备用电池，只有内部上电复位时才能设置或修改密码，因此，仅在门外按键是不能修改或设置密码的，因此保密性强、灵活性高。其特点如下： 1) 保密性好，编码量多，远远大于弹子锁。随机开锁成功率几乎为零。 2) 密码可变，用户可以随时更改密码，防止密码被盗，同时也可以避免因人员的 更替而使锁的密级下降。 3) 误码输入保护，当输入密码多次错误时，报警系统自动启动。 4) 无活动零件，不会磨损，寿命长。 5) 使用灵活性好，不像机械锁必须佩带钥匙才能开锁。 6) 电子密码锁操作简单易行，一学即会。 二、硬件电路设计 下面是整个设计的流程图：
光的色散教学设计 第5节光的色散 整体设计 本节学习光的色散。学习本节内容需要光的反射、光的折射等知识为基础，进一步学习因不同单色光折射本领不同引发的光的色散现象、三原色光、看不见的光。 学生在日常生活中见到过各种颜色，而对彩虹类的现象见之不多，对其成因较难理解。通过小组实验、讨论、交流，知道有复色光与单色光的区别，并尝试解释彩虹形成的原因，体会三原色组合应用，了解看不见的光。看不见的光，其内容抽象，在理解方面难度较大，找准切入点是关键。本课采用先从生活入手，抓住生活中常见的现象，从而让学生探究其特征和原因，进而再回到生活中寻找实际应用。在探究过程中，让学生领略到光学的巨大魅力，感悟自然现象的多样性和自然规律之间和谐完美的统一，培养他们理性的逻辑思维能力和辩证的判断能力。 本节课的教学要求学生主动参与，体验学习过程中的动手乐趣及学习活动中的实际操作，激发学习物理的兴趣，提高学习的能力层次，感受透过现象看本质的思维方法，感悟观察、实验、推理对形成概念和发现规律的重要作用。 三维目标
知识与技能 .了解光的色散现象，知道白光是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种色光组成的。 .知道色光的三原色和颜料的三原色。 .初步了解太阳光谱和看不见的光。 .初步认识红外线和紫外线及其作用。 过程与方法 .通过演示实验，了解白光的色散现象。 .探究色光的混合，获得有关知识，体验探究的过程和方法。 .通过收集、交流关于红外线、紫外线的资料，获得处理信息的方法。 情感、态度与价值观 .通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的喜悦，乐于参加物理学习活动。 .初步认识科学技术对社会发展和自然环境及人类生活的影响。 .初步建立可持续发展的意识，有保护人类生存环境的意识。 教学重点 .光的色散现象。 .光的三原色。 教学难点 .光的色散演示实验。
学院实验报告 学院：专业：班级：成绩： 姓名：学号：组别：组员： 实验地点：实验日期：指导教师签名： 实验（2）项目名称：加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 1.实验项目名称 加速度传感器、速度传感器振动测量实验和悬臂梁固有频率测量实验 2.实验目的和要求 （1）了解并掌握机械振动信号测量的基本方法 （2）掌握用瞬态激振方式，进行机械阻抗测试的仪器组合及使用方法，了解瞬态激振时的数据处理方法 （3）测出悬臂梁的固有频率 3.实验原理 （1）振动测量原理 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。 机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至造成事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。 在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。 振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振
动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。 幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源，通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取响应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。 （2）YD-37加速度传感器简介 压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量——弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力时后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。YD-37加速度传感器与DRBS-12-A型简易电荷放大器的综合灵敏度约是6080mV/m.s-2。 (3)CD-21速度传感器简介 CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样当振动体振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。CD-21振动速度传感器的测量范围是10~1000Hz，灵敏度约是200mv/cm.s-2。 （4）悬臂梁试验台架由底座、悬臂梁、加速度传感器、激振捶等构成。悬臂梁结构总体尺寸为120*110*150mm（长*宽*高）。可进行悬臂梁固有频率和阻尼系数的测量。 实验时通过激振捶敲击悬臂梁，产生脉冲激振，通过安装在悬臂梁上的加速度传感器获取悬臂梁受瞬态激励后输出的振动信号波形（信号触发采样方式），经信号调理设备处理后，通过数据采集仪输入计算机中，从悬臂梁脉冲响应信号波形或信号功率谱就
电子密码锁单片机课程设计
单片机原理与应用技术课程设计报告 电子密码锁设计 专业班级：电气 124 姓名： 时间：2015年1月2日 指导教师：秦国庆 2015年1月2日
电子密码锁课程设计任务书 1．设计目的与要求 设计出一个电子密码锁。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）状态显示功能：锁定状态时系统用3位数码管显示OFF， 用3位码管显示成功开锁次 数；成功开锁时用3位数码管 显示888，用3位数码管显示 成功开锁次数。 （2）密码设定功能：通过一个4×4的矩阵式键盘可以任意设 置用户密码（1-26位长度）， 同时系统掉电后能自动记忆 和存储密码在系统中。（3）报警和加锁功能：密码的输入
时间超过12秒或者连续3次 输入失败，声音报警同时锁定 系统，不让再次输入密码。此 时只有使用管理员密码方能 对系统解锁。 2．设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出； 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 1
电子密码锁 电气124 赵政权 摘要：电子密码锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。本设计利用51单片机编程控制原理，采用矩阵键盘、数码管显示、数据存储器和报警系统构成电子密码锁的设计成品。其中数码管使用两组三位一体共阳数码管，数据存储器使用AT24C04芯片通过IIC协议实现数据的传输，矩阵键盘用执行效率极高的代码扫描控制。使用Keil4.6编写程序代码，用Proteus进行仿真，无误后使用Altium制图，最终做成能使用的成品。 关键词： 51单片机 IIC协议矩阵键盘动态显示 Keil Proteus Altium 2
光的色散 一、笔记： 1光的色散概念 2、色光的混合：白光的组成：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫 色光的三原色：红、绿、蓝颜料的三原色：品红、黄、青 3、物体的颜色 透明物体：由通过它的色光决定； 不透明物体：由它反射的色光决定。 二、同步练习 1雨后的天空，有时会出现美丽的彩虹，关于“彩虹”下列说法错误的是（ ） A、是光的折射现象 B 、是光的色散现象 C、是光的反射现象 D 、是由于空气中悬浮有大量的小水珠而形 成的 2、商场里的花布的图案是有无数种的颜色拼排而成，各种颜色均是由三种原颜 料调和而成，这三原颜料的颜色是（） A、红橙黄B 、红绿蓝C 、黄红蓝D 、红白蓝 3、下面是色光的混合，混合后的颜色正确的是（） A、红色和绿色混合，得到靛色 B 、蓝色和红色混合，得到黄色 C、绿色和黄色混合，得到橙色 D 、黑色、绿色和兰色混合，得到白色 4、透过蓝色的透光玻璃，进行下列观察，结果是（） A.观察黄色物体，呈现绿色 B. 观察白色物体，呈现蓝色 C.观察红色物体，呈现红色 D. 观察任何颜色的物体，都呈现蓝色 5、下列现象，属于光的色散现象的是（） A.小孔成像 B ?水中月亮 C ?雨后彩虹 D ?海市蜃楼 6、我国唐朝的张志和在《玄贞子》中记载了著名的“人工虹”实验：“背日喷乎水，成虹霓之状?”形成这种现象是由于（） A.光的直线传播 B ?光的色散 C ?光的反射D ?凸透镜成像 7、在没有其他光照的情况下，舞台追舞灯发出的红光照在穿白色上衣、蓝色裙子的演员身上，观众看到她（） A.全身呈蓝色 B.全身呈红色 C.上衣呈红色，裙子呈蓝色 D.上衣呈红 色，裙子呈黑色 8在各种色光中，被称为三原色光的是（） A.红、绿、蓝 B .红、黄、蓝C .红、黄、绿D .黄、绿、蓝 9、晴朗的天空为什么是蓝的，下列各种说法中正确的是（） A. 太阳光穿过大气层中，除蓝光以外的其它色光都被大气层吸收掉了 B. 太阳光穿过大气层中，除蓝光以外的其它色光都被反射回去了 C. 空中漂浮着大量的微小物或小水滴，太阳光通过大气层时，太阳光遇到这些微小物或小水滴发生散射， 太阳光中的红光等色光散射较小穿过了大气层，而蓝光散射较大 D. 以上说法都正确 10、下列说法中，正确的是（） A. 黑纸上写红字，在红色的灯光下很难辨认； B. 白纸在黄色灯光的照射下看起来仍然是白色的；
全国中小学“教学中的互联网搜索”优秀教学案例评选 教案设计 2．5光的色散 山东诸城市龙都街道吕标初中岳正国王泽礼 教案背景 1、面向全体学生，初二上学期。 2、课时，一课时 3、学生做好课前准备，做好自主学习 教材分析 本节教材是物理光学部分的首节内容，主要包括三个内容：光的色散、色光混合与颜料的混合的对比和光具有能量。教材内容编排体现了两个特点：一是突出了“从生活走向物理，从物理走向社会”的新课程理念。二是强调了研究自然现象的基本方法——观察和实验。了解透明体的颜色由它能通过的色光的颜色决定；不透明体由于它们对不同色光的反射和吸收情况不同，所以看上去有不同的颜色．认识三原色，在此基础上明确颜料的三原色与色光的三原色不同，混合原理不同.培养学生观察生活现象，对立思考问题，解决问题的能力。本节涉及的生活实例比较多，在指导学生学习的过程中，注意培养学生发现美、认识美、创造美的乐观主义精神，由热爱生活出发，继而热爱科学探索。 学情分析 学生通过声现象和光现象两章的学习，已经初步探索新知的能力和探究过程的体 验，具备了一定的实验能力和思考讨论的习惯，但对光现象的认知比较浮浅，学生去探究过程中遇到的困难主要有如何设计实验探究，实验时对仪器的使用和调整及实验条件的控制等，教师要适时指导。 教学重点 光的三原色，和颜料的三基色。 教学难点 物体的颜色 教学准备 三棱镜，白屏，盘子，平面镜，各种颜色的透明胶片，红色玻璃、红纸，绿纸、绘面颜料，调色盘，白纸，多媒体及课件
教学方法 探究法，讨论法 教学过程 新课导语 17世纪以前，人们一直认为白色是最单纯的颜色。直到1666年，英国物理学家牛顿用三棱镜使太阳光发生了色散，这才揭开了光的颜色之迷。 学习目标 1、初步了解光的色散现象、知道光与颜料的三原色。 2、通过探究，知道物体的颜色决定的因素，并体验探究的过程和方法 3、通过探究，培养学生实事求是的科学态度 提示：重点是光的色散现象、知道光与颜料的三原色。难点是物体的颜色决定的因素 学习活动 一、观察实验：光的色散 让太阳光通过三棱镜射到另一侧的白纸屏 上可看到一条彩色光带。 彩色光带中的颜色是 按、、、、、、 的顺序排列的。这种现象 叫。 思考：什么叫光的色散？举例说明： 练习：用彩色笔画出七色光 知识卡片：白光是一种复色光。是由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种单色光混合组成。 “彩虹”是常见的一种色散现象，形成的原因是太阳光被悬在空中的许多小水珠色散而形成了彩色光带 二、小组合作： 1、色光的混合 将有顏色的薄膜包在手电筒上，我们看到的光的顏色就是薄膜的顏色。如果我们将红、绿、蓝不同顏色的光按下图组合，我可以看到顏色？ 红光、绿光组合成；红光、蓝光组合成；红光、绿光、蓝光组合成。
光电检测技术 实验报告 题目：光电报警系统的设计和制作学院：仪器科学与光电工程学院专业：测控技术与仪器 班级： 学生姓名： 指导老师：
实验三 光电报警系统的设计和制作 一、设计任务 红外报警器系统的原理框图如图1所示。由红外光源发出的红外辐射被红外探测器接收，红外辐射信号变为电信号，经信号放大和处理电路后送报警电路。系统分成发送和接收两部分，分开放置。当没有人和物体进入这两部分之间，红外辐射没有被阻挡时，报警处于不报警状态。一旦有人或物体进入这两部分之间。红外辐射被阻挡，报警器立即翻转到报警状态。 图1 红外报警器系统原理框图 二、设计方案 （1）发射端电路 用NE555组成振荡器来驱动发光管，NE555构成多谐振荡器原题图如图2所示。下面对照电路图简述其工作原理及参数选择。 图2 多谐振荡器 注：1地 GND 2触发 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 8电源电压Vc 当3脚为高电平（略低于Vc 时），输出电压将通过R1对C1充电。A 点电压按指数规律上升，时间常数为R1C1。 当A 点电压上升到上限阙值电压（约2Vc/3时），定时器输出翻转成低电平
（略大于0V）。这时，A点电压将随C1放电而按指数规律下降。当A点下降到下限阙值电压（约Vc/3）时，定时器输出变成高电平，调整R2的阻值得到严格的方波输出。 用NE555组成振荡器来驱动发光管时，要注意发光管上串联一个限流电阻。使输出电流小于或等于发光管的最大正向电流 F I。若振荡器输出电压为Vo，则 限流电阻R取值为F F O I V V R - ≥ 。如果限流电阻低于上述公式所得值，或未加限流电阻，则会造成发光管和定时器烧毁。 D2 LED 图3 振荡发射电路原理图 （2）光电检测、比较报警电路 D4 LED R8 500 图4 光电检测放大器电路原理图比较报警电路的设计利用光敏二极管的反向特性，当接收到光信号时，光敏二极管导通良好，产生电压，放大器即可对信号处理；当没有接收到光信号时，光敏二极管截止，放大器的同相端电压几乎为0。利用1/2LF353构成的光放大器，如图所示。用1/2LF353构成一个比较放大器。放大器的正端加2V左右偏压，负端加信号电压。当光线未阻断时，从主放大器来的交流信号经二极管检波电路，再经低通滤波器后得到直流电压，使后面的放大器负载输入端电位大于（或等于）正输入端电位。
单片机课程设计报告电 子密码锁 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
山东交通学院 单片机原理与应用课程设计院（部）：轨道交通学院 班级：自动化121 学生姓名： 学号： 指导教师： 时间：— 课程设计任务书 题目电子密码锁设计 系 (部) 轨道交通学院 专业班级自动化121 学生姓名 学号 06 月 01 日至 06 月 12 日共 2 周 指导教师(签字) 系主任(签字) 年月日
目录 3.总体设计 (2)
4 密码比较模块 (6) (6) (8) (9) 附录 (10)
摘要 设计运用了ATMEL公司的AT89S52芯片系统，将微处理器、总线、蜂鸣器、矩阵键盘、存储器和I/O口等硬件集中一块电路板上，通过读取键盘输入的数据（密码）并储存到ATMEL912 24C08存储器中，然后判断之后键盘输入的数据与已存储的数据是否相同来决定打开密码箱或锁键盘或报警。在keil4软件中编程，系统可实现6位密码的处理，并通过控制步进电机控制密码箱门的电子锁，同时还可以修改改密码。利用单片机系统制作的密码箱安全性能更高，更易操作且体积小。 关键词：单片机、密码锁、修改密码 1.设计要求 本实验将实现六位数的电子密码锁。要求使用4X4 行列式键盘作为输入，并用LCD 实时显示。具体要求如下：1. 开机时LCD显示“welcome to use”，初始化密码为“123456”，密码可以更改。 2. 按下“10”，开始则显示“Enter Please:”。3. 随时可以输入数值，并在LCD上实时显示‘*’。当键入数值时，为了保密按从左到右依次显示‘*’，可键入值为0~9。 4. 按下“13”键，则表示确定键按下，进行密码对比。如相符则在LCD第一行显示“Open the door!”，同时指示灯亮起并且步进电机旋转一定的角度；如不符，则LCD第一行显示“Wrong password!”，并且蜂鸣器同时提示一下。如果密码连续三次错误则蜂鸣器连续响5下，并且持续5秒不能进行任何操作 5.在开锁状态下按下“12”键，进入修改密码状态，LCD同时提示“Enter new code!”。为删除按键，出入之后可以进行删除。按键为关闭按键，只有在打开状态下才可以关闭，按下之后LCD显示“Close the door!”。 2.功能概述 此设计分为四个功能模块。 第一模块：按键输入模块，用于密码的输入以及其他的密码操作按键。 第二模块：LCD模块，是与使用者交流的界面，用于显示各种状态下的内容。 第三模块：步进电机模块，用于控制密码锁的打开与关闭。 第四模块：24C08模块，用于储存输入的密码并读出来。 3.总体设计 本次设计作品的主要构成部分包括80C51单片机、LCD1602、24C08、矩阵按键、LED 等、蜂鸣器。如图1总体仿真图，图2实物图。 图1 总体电路图 图2 密码锁实物图 4.硬件设计 矩阵按键设计 如图3所示矩阵按键由P1口控制，了加强密码的保密性，采用一个4×4的矩阵式键盘可以任意设置用户密码（1-16位长度），从而提高了密码的保密性，同时也能减少与单片机接口时所占用的I/O口线的数目，节省了单片机的宝贵资源，在按键比较多的时候，通常采用这种方法。 每一行与每一列的交叉处不相同，而是通过一个按键来连通，利用这种行列式矩阵结构只需要N根行线与M根列线，即可组成具有N × M 个按键的矩阵键盘。 在这种行列式矩阵键盘编码的单片机系统中，键盘处理程序首先执行等待按键并确
《光的色散》教学设计 一、教学任务分析 本节学习光的色散。学习本节内容需要光的反射、光的折射等知识为基础，进一步学习因不同单色光折射本领不同引发的光的色散现象、三原色光和物体的颜色之谜。 学生在日常生活中见到过各种颜色，而对彩虹类的现象见之不多，对其成因较难理解。通过小组实验、讨论，交流，知道有复色光与单色光的区别，并尝试解释彩虹形成原因，体会三原色组合应用，了解物体的颜色之谜。 本节课的教学要求学生主动参与，体验学习过程中的动手乐趣及学习活动中的实际操作，激发学习物理的兴趣，提高学习的能力层次，感受透过现象看本质的思维方法，感悟观察、实验、推理对形成概念和发现规律的重要作用。 二、教学目标 1、知识与技能 （1）知道光的色散现象和原因。 （2）知道光的三原色。 （3）知道物体的颜色成因。 （4）初步学会观察与光的色散有关的实验现象。 2、过程与方法 （1）经历把白光分解为各种色光的实验探究。 （2）感受色光混合的实验过程。 （3）经历研究透明物体和不透明物体颜色成因的过程。 3、情感、态度与价值观 （1）体验色散的各种事实，了解尊重事实、实事求是的科学态度。 （2）体验研究“白光分解”、“色光混合”和“透明物体和不透明物体颜色成因”的实验过程，萌发对物理现象的好奇心和物理学习的兴趣，树立尊重他人的意识。 三、教学重点和难点 重点：白光的色散、三原色光。 难点：色散的原因。 四、教学资源 1、学生实验器材：手电筒、装有水的圆形烧瓶、三棱镜、玻璃砖、彩色透明纸、三色陀螺、计算机等。 2、演示实验器材：强平行光源、三棱镜、教师制作的多媒体课件等。 3、自制模拟演示PPT幻灯片。 五、教学设计思路 本设计的内容包括白光的色散、物体的颜色等两部分内容。 本设计的基本思路是：以关于彩虹传说的flash动画和探究小实验为基础，以学生分组实验讨论、教师点拨为基本方法，引入白光的色散现象。通过“探究三原色光的混合”等学生实验，建立“三原色光”的概念。最后通过“透明物体颜色的成因”和“不透明物体颜色的成因”等学生实验和演示实验，得到物体颜色的成因。 本设计要突出的第一个重点是白光的色散。方法是：可以结合多媒体课件和实验现象两方面信息加深学生的印象和理解。实施教学时，创设情景引入，利用传说导入彩虹现象，激起学生的学习兴趣与求知欲，并鼓励他们利用现有的器材设法找到类似彩虹的彩色条纹，活动中让学生在没有框定的情况下以多种方法去探索寻找，从而全方位释放学生的思维活动，
信息与电气工程学院 课程设计说明书（2015 /2016 学年第1 学期） 课程名称：小型数据设计 题目：红外线计数器 专业班级：计算机1401 学生姓名：何亚茹赵君王中昆 学号：140210122 140210107 140210121 指导教师：生龙 设计周数：二周 设计成绩： 2016年01月08日
目录 1 程序设计 (1) 2 课程设的主要内容 (1) 2.1设计的要求.............. . (1) 2.2创新方案及原理分析 (1) 2.3方案论证与选择 (2) 2.4软件的设计 (3) 3主要芯片设计 (4) 3.1介绍 (4) 3.2 51 单片机的特点 (5) 3.3数码管 (7) 4系统设计 (8) 4.1单片机最小设计系统 (8) 4.2红外线检测电路 (9) 4.3计数显示部分 (10) 4.4蜂鸣器报警电路 (10) 4.5按键控制电路 (11) 5 红外计数器程序设计 (11) 5.1主程序设计 (11) 5.2子程序设计 (13) 6总结 (15) 7参考文献 (16)
1、程设计目的 课利用AT89C51单片机来制作一个手动计数器。通过具体的项目设计包括确定控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制程序的设计等，以便掌握单片机系统设计的总体思路和方法，掌握基于单片机控制的电子产品开发的技术方法,培养个人的创新意识和动手能力。 2、课程设计的主要内容 2.1设计的要求 1.利用AT89C51单片机来制作一个红外线计数器。有物体经过红外对管时计数一次。计数的范围是0~99, 计数满时，又从零开始计数。 2.整个系统有较强的抗干扰能力，具有报警能力。 3.将计数值准确显示出来。 2.2创新方案及原理分析 总体电路是由AT89C51单片机系统、红外光电管电路、蜂鸣器报警电路、数码管显示部分、复位电路部分组成，其结构如图2.1所示 图 2.1 整体方框图 红外传感器感受到外界信息时，产生高低电平，通过软件程序设置单片机内部寄存器，当传感器的高低脉冲被单片机接收到时，单片机产生中断，中断产生后进入中断服务程序，通过设置中断服务程序，进行计数。并通过P0 口将计数信息传送至数码管，数码管显示计数的个数。当电路断电后重新启动计数器时，系统自动复位（上电自动复位），以00开始重新计数。
1 绪论 随着科技和人们的生活水平的提高，如何实现家庭防盗这一问题也变的尤其的突出，传统机械锁由于构造简单，被撬事件屡见不鲜；电子锁由于其保密性高，使用灵活性好，安全系数高，受到了广大用户的青睐。电子锁可以在日常生活和现代办公中，住宅与办公室的安全防范、单位的文件档案、财务报表以及一些个人资料的保存等多种场合使用。若使用传统的机械式钥匙开锁，人们常需携带多把钥匙, 使用极不方便, 且钥匙丢失后安全性即大打折扣。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性和方便性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。密码锁具有安全性高、成本低、功耗低、易操作等优点随着人们对安全的重视和科技的发展，对日常生活中的安全保险器件的要求越来越高。为满足人们对锁的使用要求，增加其安全性，用密码代替钥匙的密码锁应运而生。具有报警功能的电子密码锁保密性高，使用灵活性好，安全系数高，密码锁设计方法合理，简单易行，成本低，符合住宅、办公室用锁要求，具有推广价值。电子密码锁采取电子电路控制，通过密码输入来控制电路或是芯片工作，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务。 本次设计使用AT89S52单片机构成最小系统，接以键盘，报警系统，液晶显示构成人性化的方便易用的电子密码锁。
2 设计任务、功能要求说明及总体方案介绍 2.1 设计目的与任务 本设计采用AT89S52单片机为主控芯片，结合外围电路矩阵键盘、液晶显示器LCD 1602A等部分组成。其中矩阵键盘用于输入数字密码和进行各种功能的实现。由用户通过连接单片机的矩阵键盘输入密码，后经过单片机对用户输入的密码与自己保存的密码进行对比，从而判断密码是否正确，然后控制引脚的高低电平传到开锁电路或者报警电路控制开锁还是报警，组成的电子密码锁系统。 2.2 设计内容及要求 （1）课程设计中，锁体用LED代替（如“绿灯亮”表示开锁，“红灯亮”表示闭锁）。 （2）其密码为方8位十进制代码（代码自设定）。 （3）开锁指令为串行输入码，当开锁密码与存储密码一致时，锁被打开。当开锁密码与存储密码不一致时，电路则报警并实现自锁。（报警动作为响1分钟，停10秒） （4）选择电路方案，完成对确定方案电路的设计。计算电路元件参数与元件选择、并画出总体电路原理图，阐述基本原理。安装调试设计电路，查阅至少5篇参考文献。按《湖南工学院课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 2.3 设计总体方案及工作原理说明 采用以单片机AT89S52为核心的控制方案，总体框图见图1。 单片机作为本装置的核心器件，在系统中起到控制声光报警、以及数码动态显示的作用。一般来说在选择单片机时下面几个方面考虑：性能、存储器、运行速度、I/O口、定时/计数器、串行接口、模拟电路功能、工作电压、功耗、封装形式、抗干扰性、保密性，除了以上的一些还有一些最基本的比如：中断源的数量和优先级、工作温度范围、有没有低电压检测功能、单片机内有无时钟振荡器、有无上电复位功能等。在开发过程中单片机还受到：开发工具、编程器、开发成本、开发人员的适应性、技术支持和服务等等因素。基于以上因素本设计选用单片机AT89S52作为本设计的核心元件，利用单片机灵活的编程设计和丰富的I/O 端口，以及控制的准确性，实现基本的密码锁功能。在单片机的外围电路外接加
光的色散特性的研究 光线在传播过程中，遇到不同介质的分界面（如平面镜、三棱镜等的光学面）时，就要发生反射和折射，光线将改变传播的方向，在入射光与反射光或者折射光之间就有一定的夹角。反射定律、折射定律等正是这些角度之间的关系的定量表述。一些光学量，如折射率、光波波长等也可通过测量有关角度来确定。因而精确测量角度，在光学实验中显得尤为重要。 分光计是用来精确测量入射光和出射光之间偏转角度的一种光学仪器，可用它来测量折射率、光波波长、色散率等。分光计的基本部件和调节原理与其它更复杂的光学仪器（如摄谱仪、单色仪等）有许多相似之处，学习和使用分光计也为今后使用精密光学仪器打下良好基础。分光计装置较精密，结构较复杂，调节要求也较高，这对初学者来说，往往会感到困难些。但只要在实验过程中注意观察现象，了解分光计的基本结构和测量光路，严格按调节要求和步骤耐心进行调节，就一定能够达到较好的要求。 本实验是在实验3－14用衍射光栅测量光的波长实验基础上的一个实验项目，有关分光计的结构、使用方法和调节步骤请认真阅读实验3－14中的相关内容。 【预习提示】 1．复习实验3－14中分光计的调节方法和步骤，明确分光计的调节要求。 2．用三棱镜调节分光计时，三棱镜应按什么位置放在载物台上？这样放的好处何在？3．如何判断偏向角减小的方向？如何寻找最小偏向角位置？跟踪谱线时能否将载物台（游标盘）与望远镜同时旋转？ 【实验目的】 1．在实验3－14的基础上，进一步熟练掌握分光计的调节和使用方法。 2．掌握用最小偏向角法测定三棱镜对各色光的折射率。 3．观察色散现象，测绘三棱镜的色散曲线，求出色散曲线的经验公式。 【实验原理】 本实验中应该首先搞清楚以下几个概念： ⑴视差：所谓视差是指当两个物体停止不动时，改变观察者的位置，一个物体相对于另一物体有明显移动的现象。在光学仪器的调节中，当人的眼睛从一侧移到另一侧时，像相对于分划板的十字叉丝有明显的移动，即出现视差，说明像与十字叉丝不在同一平面。如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的左边，说明这时的像是在眼睛与十字叉丝之间；如果当眼睛移到右边时，像就移到十字叉丝的右边，说明这时像是在十字叉丝之前。反之，如果眼睛左右移动时，像与十字叉丝之间没有相对移动，像与十字叉丝就在同一平面，说明聚焦已经调好。因此，光学实验中常根据视差现象来判断像与物是否共面。 ⑵平行光：当点光源正好处在凸透镜焦平面上时，由点光源发出的光经过凸透镜后，将形成一束平行光。 ⑶自准法：当光点（物）处在凸透镜的焦平面上时，它发出的光线通过透镜后将形成一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将落在光点相对于光轴的对称位置上。 1．用最小偏向角法测量三棱镜的折射率 当光线从一种介质进入另一种介质时，即发生折射，其相对折射率由入射角的正弦和折射角正弦之比确定。由于仪器不能进入棱镜之中观测折射光，故只好让光线经过棱镜的两个界面回到空气中来，再来测量某一单色光经过两次折射后产生的总偏向角。
光电定向实验 李康华 （哈尔滨工业大学威海校区光电科学系，威海264209） 摘要:采用四象限探测器作为光电定向实验，学习四象限探测器的工作原理和特性，同时掌握四象限探测器定向的工作方法。实验中，四象限探测器的四个限区验证了具有完全一样的光学特性，同时四象限的定向具有较良好的线性关系。 关键词:光电定向四象限探测器 1、引言 随着光电技术的发展，光电探测的应用也越来越广泛，其中光电定向作为光电子检测技术的重要组成部分，是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。光电定向方式有扫描式、调制盘式和四象限式，前两种用于连续信号工作方式，后一种用于脉冲信号工作方式。，由于四象限光电探测器能够探测光斑中心在四象限工作平面的位置，因此在激光准直、激光通信、激光制导等领域得到了广泛的应用［1］. 本光电定向实验装置采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，采用目前应用最广泛的一种光电定向方式现直观，快速定位跟踪目标方位。定向原理由两种方式完成：1、硬件模拟定向，通过模拟电路进行坐标运算，运算结果通过数字表头进行显示，从而显示出定向坐标；2、软件数字定向，通过AD 转换电路对四个象限的输出数据进行采集处理，经过单片机运算处理，将数据送至电脑，由上位机软件实时显示定向结果。 本实验系统是根据光学雷达和光学制导的原理而设计的，利用其光电系统可以直接、间接地测定目标的方向。采用650nm激光器做光源，用四象限探测器显示光源方向和强度。通过实验，可以掌握四象限光电探测器原理，并观测到红外可见光辐射到四象限探测器上的位置和强度变化。并利用实验仪进行设计性实验等内容，将光学定向应用到各领域中[2]。 2、实验原理 2.1、系统介绍 光电定向是指用光学系统来测定目标的方位，在实际应用中具有精度高、价格低、便于自动控制和操作方便的特点，因此在光电准直、光电自动跟踪、光电制导和光电测距等各个技术领域得到了广泛的应用。采用激光器作为光源，四象限探测器作为光电探测接收器，根据电子和差式原理，实现可以直观、快速观测定位跟踪目标方位的光电定向装置，是目前应用最广泛的一种光电定向方式。该