触物及理

图书标准信息

• 作者 吴进远 著
• 出版社 科学出版社
• 出版时间 2020-10
• 版次 1
• ISBN 9787030659811
• 定价 48.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 222页
• 字数 200千字

【内容简介】

本《触物及理:令人眼界大开的物理小实验（上）》涉及的很多物理小实验都会用到我们日常所用的手机，这些实验会帮助读者加深对物理学的理解，因而从某种程度上可以说“一部手机，半部物理”。《触物及理:令人眼界大开的物理小实验（上）》呈现的大部分内容比较浅显，但也包括若干比较深入的话题，如正反馈与负反馈、非线性现象这些至关重要的物理学概念。

【作者简介】

吴进远，曾担任中学物理教师，1977年取北京大学地球物理学系，获理学学士，后于学院声学研究所获超声学硕士，于宾州州立大学物理系获高能物理学博士。现主要从事粒子物理探测器的电子学和触发系统的研发工作。

精彩内容：

        章  数字摄影技术在物理
    实验中的应用
    现在，随着技术进步，数字照相机已经十分普及，我们可以非常方便地对任何实验中的物理现象拍摄照片或录像以进行记录，有时还可以对拍摄的图像进行分析，获得仅凭肉眼观察不易得到的结果。
    本章中，我们通过几个实际例子介绍数字摄影技术在物理实验中的应用。
    一、摄影技术的视力增强功能
    无论是专用照相机还是手机上附带的照相机，都是能相当好的光学仪器。在常拍照时，照相机本身是一个完整的光学系统。使用这样的光学系统，不仅可以帮助我们记录物理现象，更可以帮助我们看到比较小或比较远的物体。
    1.用手机拍摄细小物体
    除了常照相，我们还可以在照相机的镜头前添加其他光学元件，使之成为一个新的光学系统，而这时，照相机实际上成为这个新光学系统的一个组成部分。这类新光学系统中比较容易做成功的一种，是在手机照相机前加一个凸透镜（放大镜）（图1-1），用于拍摄细小物体。
    在这个装置中，将一个凸透镜粘接在手机的照相机镜头前。我们实际使用的是一个小放大镜上的凸透镜，焦距大约为5厘米。粘接的材料是刷油漆时使用的纸胶带，以避在手机或放大镜上留下残胶。粘接时注意透镜面要与手机底面尽量行，透镜的中心要与照相机的镜头对正。
    在桌面上放置一张中等亮度的有纸，一般情况下应避使用白纸或黑纸。这样可以帮助照相机的自动曝光系统找到比较合适的曝光度，以拍摄到比较清楚的照片。
    我们将手机放在一叠书上，以保证手机拍摄时稳定。手机放稳后，调整照相机镜头的焦距长度（放大倍数）以获得比较大的图像。注意：有时候当我们将图像放大后，照相机无自动对焦，这时，我们需要将放置在手机下面的书加厚，适当增加手机到拍摄物体之间的距离。你可以反复调整这个距离，直到手机上的图像既大又清楚。待取景及自动对焦与自动曝光达到满意状态后，可以按下快门拍摄。由于放大倍数较大，按快门的震动很容易造成照片模糊，因此比较好的做是使用延时拍摄。
    不过，有的手机在延时拍摄时，镜头前的发光二极管会闪光。由于手机与物体距离比较近，这种闪光会影响照相机的自动曝光软件，使之设定到不正确的曝光度。为了解决这个问题，可以用纸胶带将发光二极管临时封闭起来。
    如果采取了这几个细致的措施，可以拍摄出质量较好的照片。笔者拍摄的食盐和细白糖的晶体如图1-2所示。
    食盐的成分是氯化钠，溶解于水中时，氯与钠分离成为离子。当盐水饱和度逐渐增加时，氯与钠逐渐结晶成为氯化钠晶体。这种晶体属于立方晶系，宏观的小块晶体形状呈现出相当好的立方体，各个晶面互相夹角为90度。细白糖是一种碳水化合物，它的结晶属于单斜晶系，从照片上我们可以看出细白糖的晶体与食盐的晶体形状不同。
    你也可以试着用这个装置拍摄其他物体的结构，如蚂蚁、花蕊等。但这个装置过于简单，其放大倍数与清晰度尚不能用于观察和拍摄细菌。但即使这样一个简单装置，已经可以将我们的视野扩展很多了。
    2.用照相机直接拍摄细小物体
    有很多中档以上的照相机本身可以拍摄细小物体，不需要加配其他镜头。笔者拍摄了桌布上的细小水珠，如图1．3所示。拍摄时，镜头到物体的距离为4～5厘米。拍摄这类物体时，通常不便使用三脚架，需要手持相机，因此快门速度不能太慢。这需要尽量选择比较明亮的环境。由于拍摄距离很近，照片很难有比较大的景深，因而需要使用手动对焦，以确保被拍摄的物体尽量清晰。
    从图中我们可以观察到细小透明球体的光学质。水珠的表面反光线，可以看成是一个凸面镜，而凸面镜所成的像是一个缩小的虚像。因为这个凸面镜的曲率半径很小，成像比原物缩小很多倍，因而从水珠上我们可以看到整个一扇玻璃门的图像。球形的透明物体在情况下可以看成是一个凸透镜。从图中我们可以看到水珠后面的桌布纤维被放大了很多，在这种情况下，水珠起到了放大镜的作用。
    3.用手机与望远镜匹配拍摄远处物体
    除了将手机的照相机与放大镜匹配外，我们也可以尝试与望远镜匹配，以拍摄比较远的物体。笔者尝试的一个匹配装置如图1-4所示。
    1-4

【目录】

目录 

Contents 

前言 /  

第一章 数字摄影技术在物理实验中的应用 / 1 

一、摄影技术的视力增强功能 / 1 

二、红外线的拍摄 / 8 

三、用录像单幅截图做运动学研究 / 11 

四、手机摄像头的性能 / 17 

五、立体摄影 / 21 

六、慢动作录像的应用 / 26 

七、用数字照片演示对称性质 / 28 

八、用数字照片测量物体的尺寸 / 32 

第二章 手机中的传感器 / 41 

一、手机加速度计的初步研究 / 41 

二、失重现象 / 45 

三、手机角速度计性质的简单观察 / 50 

四、用手机磁强计观察磁铁周围的磁场 / 51 

五、手机传感器在虚拟现实技术中的应用 / 57 

六、手机中的其他传感器 / 62 

第三章 奇特的波动叠加与抵消 / 65 

一、两个手机正弦波源直接的拍音 / 65 

二、钢琴弦的拍音 / 68 

三、钢管不同振动模式之间的拍音 / 70 

四、反射声波的干涉现象 / 73 

五、用干涉法测量声速 / 76 

六、牛顿环光干涉现象 / 78 

七、狭缝和小孔的光衍射现象 / 80 

第四章 居家电学 / 83 

一、开关 / 83 

二、大功率电器对电路的影响 / 88 

三、亮度调节器 / 96 

四、双频蜂鸣器 / 99 

五、数字信息到模拟量的转换 / 103 

六、交流电的可视化 / 105 

第五章 奇妙的理想气体和饱和水蒸气 / 111 

一、热力喷泉 / 111 

二、自来水“火箭” / 113 

三、易拉罐中的饱和水蒸气 / 116 

四、饱和水蒸气瓶中喷泉 / 120 

五、水是怎样烧开的？ / 124 

第六章 旅途中的物理 / 127 

一、飞机如何减速？ / 127 

二、飞机起飞的加速 / 129 

三、气垫船 / 131 

四、风扇艇 / 134 

五、直升机 / 136 

六、飞机在高空飞行时机舱里的气压 / 138 

七、汽车的电路系统 / 142 

八、回反射现象 / 143 

第七章 利用旧光盘的物理实验 / 148 

一、光栅的衍射干涉性能 / 148 

二、光盘的轴对称干涉性质 / 150 

三、环状光谱仪 / 153 

四、裸眼立体成像 / 156 

五、凸透镜的三维成像能力 / 160 

六、光盘滚轮 / 162 

七、滚动摆 / 166 

八、滑块小车 / 169 

第八章 正反馈与负反馈 / 173 

一、杂技中的正负反馈 / 173 

二、魔法浮标 / 177 

三、空气放电间隙的负电阻现象与正反馈 / 181 

四、火花式无线电发射机 / 185 

五、晶体管电路、可控硅和单结管的负电阻现象 / 188 

六、存储器与正反馈 / 192 

七、扩音器中的反馈 / 194 

八、摄像头与显示器之间的反馈 / 197 

第九章 非线性现象、蚊音探测及若干相关话题 / 200 

一、大振幅与非线性效应 / 200 

二、倍频现象 / 202 

三、蚊音探测实验 / 205 

四、无线电广播与非线性现象 / 211 

五、超外差原理与非线性 / 214 

六、单摆振幅与周期的关系 / 219 

彩图