GSZ-2B型26種實驗光學(xué)平臺說明書

1、天津港東科技發(fā)展股份有限公司GSZ-2B型 光學(xué)平臺（26例實驗）使用說明書GSZ-2B型光學(xué)平臺可供大專院校普通物理實驗課開設(shè)光學(xué)實驗使用。本說明書舉例說明的26項實驗涵蓋了幾何光學(xué)、波動光學(xué)和信息光學(xué)比較重要的基礎(chǔ)課題，大部分有測量要求，少部分限于觀察現(xiàn)象。各實驗所需學(xué)時長短不一，教師可按教學(xué)要求搭配實驗內(nèi)容，組織實驗課教學(xué)。主要技術(shù)參數(shù)和規(guī)格：平臺尺寸mm標稱重量kg臺面距地高度cm平臺桌子12008001201500100013018001000150110192.5242.561100140919294隔震導(dǎo)磁臺面不平度：0.05mm附件一覽表：名 稱數(shù)量備 注名 稱數(shù)量備 注三維平

2、移底座1菲涅耳雙鏡1二維平移底座2三棱鏡 (60o)1升降調(diào)節(jié)座2反射光柵 (1200 L/ mm)13030通用底座5透射光柵 (20 L/ mm)1旋轉(zhuǎn)透鏡架2正交光柵 (50 L/ mm)1二維架2網(wǎng)格字1透鏡架2微尺分劃板 1/10 mm1延伸（過渡）架1毫米尺 (l=30 mm)1帶毛玻璃光柵轉(zhuǎn)臺1調(diào)制板1干版架2勞埃德鏡1白屏1偏振片2物屏1多孔板1載物臺11/4波片 (=632.8 nm)1測微狹縫2雙棱鏡1測節(jié)器（節(jié)點架）1幻燈片1正像棱鏡1頻譜濾波器、零級濾波器12種帶三角架標尺 1落地式小工藝品1全息用測微目鏡架1牛頓環(huán)1雙棱鏡調(diào)節(jié)架145玻璃架1激光器架1雙縫1光學(xué)測角臺

3、1白板（7050 mm）1冰洲石鏡1透光十字1方形毛玻璃架1白光源(12 V35 W)1紙架1汞燈 (20 W)1透鏡 (f =4.5、6.2mm)各1擴束器鈉燈 (20 W)1目鏡和物鏡各1 f= 29、105mm氦氖激光器 (1.5-2 mW)1透鏡 (f =45、50、70、150、190、225、300、100mm)各1讀數(shù)顯微1球面鏡 (f = 500 mm)1全息干版1平面鏡 (364)2氣室、血壓表和橡膠球1分束器 (304)27:3,5:5（個別附件變動，恕不另行通知）儀器的維護與保養(yǎng):1所有光學(xué)玻璃器件應(yīng)注意保持清潔，避免各種污染。若落上灰塵，可用洗耳球、軟毛刷除塵，用細絨布

4、擦凈。有指紋、污漬應(yīng)用脫脂棉浸少量乙醇乙醚混合液（7:3）擦掉。在潮濕季節(jié)應(yīng)特別加強保護。2 機械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動和滑動部位可酌加少量潤滑油。平臺上宜涂擦極薄的一層機油，以利保護表面。實驗舉例：1 用自準法測薄凸透鏡焦距42 用貝塞耳法（兩次成像法）測薄凸透鏡焦距53 由物象放大率測目鏡焦距74 由物距像距法測凹透鏡焦距95 透鏡組節(jié)點和焦距的測定106 自組投影儀127 測自組望遠鏡的放大率138 自組帶正像棱鏡的望遠鏡159 測自組顯微鏡的放大率1610 楊氏雙縫實驗1811 菲涅耳雙棱鏡干涉2012 菲涅耳雙鏡干涉2113 勞埃德鏡干涉2314 牛頓環(huán)2515 用干涉法測定空氣折射率2716

5、夫瑯禾費單縫衍射3017 夫瑯禾費圓孔衍射3318 菲涅耳單縫和圓孔衍射3419 直邊菲涅耳衍射3620 光柵衍射3721 光柵單色儀4022 偏振光的產(chǎn)生和檢驗4223 全息照相4724 制做全息光柵5025 阿貝成像原理和空間濾波5326 調(diào)制581 用自準法測薄凸透鏡焦距實驗原理光的可逆性原理：當光線的方向反轉(zhuǎn)時，它將逆著同一路徑傳播。依此原理可測量薄凸透鏡的焦距。當物屏在焦點或焦平面上時，經(jīng)透鏡后光是平行光束，經(jīng)平面鏡反射再經(jīng)透鏡后成像于原物處。因此，物屏到透鏡中心的距離就是透鏡焦距f。實驗裝置（圖1-1）1：白光源S（GY-6） 6：二維架 (SZ-07)2：物屏P （SZ-14）

6、7：二維平移底座 (SZ-02)3：凸透鏡L（T-GSZ-A10，f =190 mm） 8：三維平移底座 (SZ-01)4：二維架（SZ-07） 9：通用底座（SZ-04）5：平面鏡M（T-GSZ-A16） 10：通用底座（SZ-04）圖1-1實驗步驟1）參照圖1-1，沿米尺裝妥各器件，并調(diào)至共軸；調(diào)共軸方法（粗調(diào)）：先將透鏡等光學(xué)器件向光源靠攏，調(diào)節(jié)高低，憑目視使光源、物屏中心、透鏡光心、像屏的中央大致在一條與平臺平行的直線上。2）開啟光源，照明物屏，移動L和M，直至在物屏上獲得鏤空圖案的倒立實像（白光源自身攜帶毛玻璃，使用毛玻璃可使圖案更加均勻，明顯）；3）調(diào)節(jié)平面鏡M和凸透鏡L的俯仰和左

7、右并前后微動L，使在物屏上看到最清晰且與物屏圖案等大倒立的實像（充滿同一圓面積）；4）分別記下P和L的位置a1、a2；5）將P和L都轉(zhuǎn)1800之后（不動底座），重復(fù)做前4步；6）記下P和L新的位置b1、b2；7）計算： ； 2 用貝塞耳法（兩次成像法）測薄凸透鏡焦距實驗原理若保持物屏P與像屏（白屏H）之間的距離l不變且l4f ,沿光軸方向移動透鏡，可以在像屏上觀察到兩次成像：一次成放大的倒立實像，一次成縮小的倒立實像。在兩次成像時透鏡移動的距離為d ,則不難得出透鏡的焦距為 實驗裝置（圖2-1）1：白光源S（GY-6） 5：白屏H （SZ-13）2：物屏P (SZ-14) 6：二維平移底座（S

8、Z-02）3：凸透鏡L (T-GSZ-A10，=190 mm) 7：三維平移底座（SZ-01）4：透鏡架(SZ-08) 89：通用底座（SZ-04）圖2-1 圖2-2實驗步驟1）按圖2-1沿米尺布置各器件并調(diào)至共軸，再使物屏與白屏距離；2）開啟光源，將透鏡L緊靠物屏P，慢慢的向白屏H移動，使被照亮的物屏圖案在白屏上成一清晰的放大像，記下L的位置a1、物屏P和白屏H間的距離l ；（白光源自身攜帶毛玻璃，使用毛玻璃可使圖案更加均勻，明顯） ； 3）再移動L，直至在像屏上成一清晰的縮小像，記下L的位置a2 ；4）將P、L、H轉(zhuǎn)1800（不動底座），重復(fù)做前3步，又得到L 的兩個位置b1、b2 ；5)

9、 計算： ； ；待測透鏡焦距：3 由物像放大率測目鏡焦距實驗原理透鏡組、目鏡、物鏡等幾個透鏡的組成，測量它們的焦距不能直接使用物像公式法。對于組合透鏡，如圖：M微尺分劃板（1/10mm），Le待測目鏡，Me測微目鏡假設(shè)物距為（-s），像距為s,并且測得M板的物寬為y，Me目鏡測得像寬為y,由橫向放大率的定義： 如果物由一個位移s，對應(yīng)的像的位移為s，由軸向放大率的定義： 由縱向放大率和橫向放大率的關(guān)系： 對微分得： 由物像公式 得： 像的位置改變 橫向放大率的改變因此，只要測出像的位置改變及橫向放大率的改變就能得到目鏡或組合透鏡的焦距。實驗裝置（圖3-1）1：白光源S（GY-6） 7：測微目鏡

10、架（SZ-36）2：1/10微尺分劃板M (T-GSZ-A27) 8：測微目鏡Me (XW-1)3：雙棱鏡架（SZ-41） 9：二維平移底座（SZ-02）4：延伸架 (SZ-09) 10：二維平移底座（SZ-02）5：待測目鏡Le（GSZ-2B-02,=29mm） 11：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）6：透鏡架(SZ-08) 12：通用底座（SZ-04）圖3-1實驗步驟1）按圖3-1沿米尺安排各器件，并調(diào)節(jié)共軸；2）開啟光源，將M、Le、Me緊靠在一起然后讓M、Me逐漸遠離Le，直至在測微目鏡中看到清晰的微尺放大像，并與Me分劃板無視差；3）測出1/10 mm微尺刻線的像寬，求出其放大倍率m1，并分

11、別記下Me和Le的位置a1、b1；4）把Me向后移動30-40 mm，并緩慢前移Le，直至在測微目鏡中又看到清晰的與ME分劃板刻線無視差的微尺放大像；5）測出新的像寬，求出放大率m2，記下ME和Le的位置a2、b2；6）計算：mx=像寬/實寬； 象距改變量：s=(a2a1)+(b1b2)待測目鏡焦距f = s /（m2m1）4 用物距像距法測凹透鏡焦距實驗原理直接測量凹透鏡的物距、像距難以兩全。我們只能借助于凸透鏡成一個倒立縮小的實像作為凹透鏡的虛物，虛物的位置可以測出。凹透鏡能對虛物成一實像，實像的位置可以測出。這樣一來，就可以用公式求出凹透鏡焦距。實驗裝置（圖4-1）1：白光源S（GY-6

12、） 7：像屏P2（SZ-13）2：物屏P1(SZ-14) 8：普通底座（SZ-04）3：凸透鏡L1(T-GSZ-A08,) 9：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）4：透鏡架（SZ-08） 10：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）5：凹透鏡L2 (T-GSZ-A39,) 11：普通底座（SZ-04）6：透鏡架(SZ-08) 12：普通底座（SZ-04）圖41圖42實驗步驟1）按圖4-1沿米尺安排各器件，并調(diào)節(jié)共軸；2）開啟光源,使被面光源照亮的物屏P1通過凸透鏡L1在像屏P2上成清晰像時，P1與P2的距離稍大于凸透鏡焦距的4倍。記下L1和P2在導(dǎo)軌上的位置讀數(shù)（白光源自身攜帶毛玻璃，使用毛玻璃可使圖案更加均勻，明顯

13、）。3）在凸透鏡和像屏之間加入待測的薄凹透鏡L2，調(diào)同軸，向稍遠處移動像屏，直至屏上又出現(xiàn)清晰的像（參見圖4-2）。記下L2和像屏P2的位置讀數(shù)。4）以L2P2距離為物距，以L2P2距離為像距，將數(shù)值代入式 ，計算被測透鏡的焦距。5 透鏡組節(jié)點和焦距的測定實驗原理AByAByHHNuuxxffssN圖5-1節(jié)點定義為軸上角放大率等于1的共軛點。物方節(jié)點記作N，像方節(jié)點記作N。節(jié)點的物理意義在于通過它的任意共軛光線方向不變（圖5-1 ）。當物方和像方處在同一光學(xué)介質(zhì)中，主點和節(jié)點是重合的。在這種情況下，雙方焦距相等，橫向放大率的地方也是角放大率的地方。由于這個性質(zhì)，將光學(xué)系統(tǒng)繞像方節(jié)點轉(zhuǎn)動，平行

14、光束所成的像點將不發(fā)生位移。因此，這是確定厚透鏡或透鏡組節(jié)點（主點）的一種實驗方法。實驗裝置（圖5-2）1：白光源S（GY-6） 7：測節(jié)器(SZ-28) 2：毫米尺(T-GSZ-A22) 8：白屏(SZ-13) 3：雙棱鏡架（SZ-41） 9：二維平移底座（SZ-02）4：物鏡Lo (T-GSZ-A09,=150 mm) 10：二維平移底座（SZ-02） 5：透鏡架(SZ-08) 11：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）6：透鏡組L1、L2 (T-GSZ-A12,=300 mm； 12：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）T-GSZ-A10,=190 mm) 13：通用底座（SZ-04） 圖5-2實驗步驟1）參照

15、圖5-2，先調(diào)節(jié)毫米尺與準直物鏡Lo的距離為150mm，使通過Lo的光束為平行光束。2）加入節(jié)點架和白屏，調(diào)共軸，同時移動白屏，找到毫米尺的清晰像。3）沿節(jié)點架導(dǎo)軌前后移動透鏡組L1、L2，同時相應(yīng)地前后移動白屏，直到節(jié)點架繞軸作不大的轉(zhuǎn)動時，白屏上面的毫米尺像無橫向移動為止（此時像方節(jié)點N即在節(jié)點架的轉(zhuǎn)軸上）。4）分別記下白屏和節(jié)點架在米尺導(dǎo)軌上的位置a和b，并從節(jié)點架導(dǎo)軌上記下透鏡組中間位置（有標線）節(jié)點架轉(zhuǎn)軸中心的偏移量d。5）將測節(jié)器轉(zhuǎn)動180，重復(fù)3、4兩步，測得另一組數(shù)據(jù)a、b、d。數(shù)據(jù)處理A、像方節(jié)點偏離透鏡組中心的距離為d透鏡組的像方焦距=a-b 物方節(jié)點N偏離透鏡中心的距離為

16、透鏡組的物方焦距B、用1：1的比例畫出被測透鏡組及其各種基點的相對位置。6 自組投影儀實驗原理投影儀的主要部分是一個會聚的投影鏡頭（放映物鏡L2），將畫片（幻燈片P）成放大的實像于屏幕上（見光路圖6-1）。物鏡到像平面的距離v2比物鏡焦距f大很多，所以幻燈片總在其物方焦面的附近，物距u2f，因而放大率V=-v2/u2-v2/f，它與像距v2成正比。實驗裝置（圖6-1）1：白光源S （GY-6） 8：白屏H （SZ-13）2：聚光透鏡L1（T-GSZ-A07, =50 mm） 9：通用底座 （SZ-04）3：透鏡架 （SZ-08） 10：二維平移底座 （SZ-02）4：幻燈片P （HDP） 11

17、：升降調(diào)節(jié)座 （SZ-03）5：干版架（SZ-12） 12：二維平移底座（SZ-02）6：放映物鏡L2（T-GSZ-A10, =190 mm） 13：通用底座（SZ-04）7：透鏡架 （SZ-08）圖6-1實驗步驟1）按圖6-1排光路，調(diào)共軸。2）使L2與H相距約1.2 m（對較短平臺，可用白墻代屏）前后移動P，使其在H上成一清晰放大像。3）使L1固定在緊靠幻燈片P的位置，取下P，前后移動光源，使其成像于L2所在平面。4）重新裝好幻燈片，觀察屏上像的亮度和照度的均勻性。5）取下L1，觀察像面亮度和照度均勻性的變化。放映物鏡焦距和聚光鏡焦距的選擇放映物鏡：聚光鏡：其中：為像的放大率。7 測自組望

18、遠鏡的放大率實驗原理望遠鏡由物鏡和目鏡組成，物鏡的焦距大于目鏡的焦距，組成特點是兩透鏡的光學(xué)間隔近乎為零，物鏡和目鏡都是會聚透鏡的為開普勒望遠鏡（如圖7-2）。圖7-1望遠鏡視角放大率（放大本領(lǐng)）定義為：U物對物鏡的視角，U最后像對目鏡的視角 因望遠鏡的光學(xué)間隔，通過計算可得：測量時，測出未經(jīng)望遠鏡放大的標尺上兩個紅色指標間的“E”字間距d1（d1=5cm），再通過望遠鏡測出對應(yīng)的間距d2，則望遠鏡的測量放大率 如果標尺在有限距離（物距）s處，則測量放大率應(yīng)為實驗裝置（圖7-2）1：標尺 (SZ-33) 5：透鏡架（SZ-08）2：物鏡Lo（T-GSZ-A11,=225 mm） 6：三維平移底

19、座（SZ-01） 3：透鏡架（SZ-08） 7：二維平移底座（SZ-02）4：目鏡L e（T-GSZ-A06,=45 mm）圖7-2實驗步驟1）按圖7-2組成開普勒望遠鏡，向約3 m遠處的標尺調(diào)焦，并對準兩個紅色指標間的“E”字（距離d1=5 cm）；2）用另一只眼睛直接注視標尺，經(jīng)適應(yīng)性練習，在視覺系統(tǒng)獲得被望遠鏡放大的和直觀的標尺的疊加像，再測出放大的紅色指標內(nèi)直觀標尺的長度d2；3）求出望遠鏡的測量放大率，并與計算放大率作比較；注：標尺放在有限距離S遠處時，望遠鏡放大率可做如下修正：當S100時，修正量8 自組帶正像棱鏡的望遠鏡實驗原理4545459090圖8-1本實驗自組的望遠鏡屬于開

20、普勒式望遠鏡，其原理由兩個凸透鏡構(gòu)成。由于兩者之間成一個實像，可方便的安裝分劃板，但這種結(jié)構(gòu)成像是倒立的，如果想要觀察到正像，可以借助正像棱鏡系統(tǒng)。 正像棱鏡系統(tǒng)如圖8-1，兩塊450-900棱鏡組合而成，又稱組合泊羅棱鏡，從圖中光束箭頭走向可說明圖像的翻轉(zhuǎn)過程。實驗裝置（圖8-2）1：標尺 (SZ-33) 6：目鏡Le（T-GSZ-A06,=45 mm）2：物鏡Lo（T-GSZ-A11, =225 mm） 7：透鏡架 （SZ-08）3：透鏡架 （SZ-08） 8：二維平移底座 （SZ-02）4：正像棱鏡系統(tǒng) (SZ-30) 9：升降調(diào)整座（SZ-03） 5：干版架（SZ-12） 10：二維平

21、移底座 （SZ-02）圖8-2實驗步驟1）參照圖8-2，沿平臺米尺先組裝不加正像棱鏡的望遠鏡（物鏡和目鏡間距約為270mm），并對位于光軸上的約3 m遠處的標尺調(diào)焦，認清該尺所成的倒像。2）按圖8-2所示，在Lo的像面前方安置正像棱鏡，并相應(yīng)調(diào)節(jié)目鏡高度，找到標尺的正像。9 測自組顯微鏡的放大率實驗原理物理實驗中常用的移測顯微鏡（讀數(shù)顯微鏡）也有一個由目鏡和物鏡組成的共軸光學(xué)系統(tǒng)，它通常由4片以上透鏡組成的系統(tǒng)，可以簡化成兩個凸透鏡組成的放大光路（圖9-3）。被觀察的物體放在物鏡LO的物方焦點FO的外側(cè)附近，先經(jīng)LO成放大實像于目鏡物方焦點FE內(nèi)側(cè)附近，再經(jīng)目鏡LE成放大虛像于明視距離以外。A

22、BBAA1B1y1LOLEF0F0FEFEy圖9-1顯微鏡的視角放大率 其中為物在明視距離處所張視角，即，為放大虛像所張的視角，與所張視角一樣，故有 式中，是物鏡的橫向放大率；是目鏡的視角放大率。經(jīng)過變換可得顯微鏡視角放大率 式中負號表示像是倒立的。實驗裝置（圖 9-2）1：低壓鈉燈S (GY-5B) 9：毫米尺M2（T-GSZ-A22） 2：1/10 mm微尺M1（T-GSZ-A27） 10：雙棱鏡架（SZ-41）3：二維架（SZ-07） 11：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）4：物鏡Lo（T-GSZ-A06,=45 mm） 12：三維平移底座（SZ-01）5：透鏡架（SZ-08） 13：二維平移底

23、座（SZ-02）6：透鏡架（SZ-08） 14：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）7：目鏡Le（GSZ-2B-02,=29mm） 15：白光源（GY-6）（圖中未畫）8： 45玻璃架（SZ-45） 圖9-2圖9-3實驗步驟1）參照圖9-2和9-3布置各器件，調(diào)等高同軸；2）將透鏡LO與Le的距離定為24 cm；3）沿米尺移動靠近光源微尺M1，從顯微鏡系統(tǒng)中得到微尺清晰的放大像；4）在Le之后置一與光軸成45角的玻璃架(SZ-45)，距此玻璃架25 cm處，放置一白光源（圖中未畫出）照明的毫米尺M2；5）微動物鏡前的微尺，消除視差，讀出未放大的M230mm所對應(yīng)的M1的格數(shù)a；顯微鏡的測量放大率；顯微鏡的

24、計算放大率10楊氏雙縫實驗實驗原理楊氏雙縫干涉原理如下圖：s單縫 s1s2雙縫 P觀察屏如果s在s1s2中心線上，則可以證明雙縫干涉的光程差式中d為雙縫間距，為衍射角，l為雙縫至觀察屏的間距由干涉原理，當 相鄰明紋或相鄰暗紋的間距可以證明是相等的， 因此，測出l，用顯微鏡測雙縫間距d，用測微目鏡測相鄰條紋的間距x，計算可得光波的波長。實驗裝置（圖10-1）1：鈉燈（GY-5B,加圓孔光闌） 10：延伸架（SZ-09）2：透鏡L1（T-GSZ-A07,=50） 11：測微目鏡架(SZ-36)3：二維架（SZ-07） 12：測微目鏡M (XW-1)4：透鏡架（SZ-08） 13：三維平移底座 （S

25、Z-01）5：測微狹縫S（SZ-27B） 14：二維平移底座 （SZ-02）6：透鏡L2 (T-GSZ-A09,=150mm) 15：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）7：透鏡架（SZ-08） 16：二維平移底座（SZ-02）8：雙棱鏡調(diào)節(jié)架 (SZ-41) 17：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）9：雙縫D (T-GSZ-A32)圖101實驗步驟1）參照圖10-1沿平臺布置各器件并調(diào)至共軸。開啟光源，使鈉光通過透鏡L1會聚到狹縫S上，用透鏡L2將S成像于測微目鏡分劃板M上，然后將雙縫D置于L2近旁。在調(diào)節(jié)好S，D和M的mm刻線的平行，并適當調(diào)窄S之后，目鏡視場出現(xiàn)便于觀測的楊氏條紋。2）用測微目鏡測量干涉條紋的

26、間距x，用米尺測量雙縫至目鏡焦面的距離l，用顯微鏡測量雙縫的間距d,根據(jù)計算鈉黃光的波長。11菲涅耳雙棱鏡干涉實驗原理 菲涅耳雙棱鏡有兩個很小（）的棱鏡角（見圖111）。從狹縫S發(fā)出的光波經(jīng)這兩個棱鏡角折射，形成稍許傾斜的兩束光，在其相遇的區(qū)域即發(fā)生干涉現(xiàn)象，用屏幕M可以接收干涉條紋。S1和S2是S經(jīng)折射后產(chǎn)生的兩個虛像，相當于楊氏雙縫，可稱虛光源。設(shè)S至M的距離為l=l1+l2（S1和S2與S近似在同一平面上），d為二虛光源的距離，相鄰明條紋或暗條紋間距為，測出這幾個長度，即可利用式計算出單色光的波長。圖111為了測量虛光源距離d，可利用透鏡放大率公式，式中u是狹縫至凸透鏡的距離，v是凸透鏡

27、到測微目鏡的距離，d是二虛光源像間的距離。實驗裝置（圖11-2）1：鈉燈 (GY-5B) 8：測微目鏡架（SZ-36）2：透鏡L1（T-GSZ-A07, f =50 mm） 9：測微目鏡(XW-1)3：透鏡架（SZ-08） 10：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）4：透鏡架（SZ-08） 11：二維平移底座（SZ-02）5：測微狹縫（SZ-27B） 12：二維平移底座（SZ-02）6：雙棱鏡架（SZ-41） 13：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）另備7：雙棱鏡 (T-GSZ-A19) 凸透鏡L2（T-GSZ-A10,f =190 mm）及架、座）圖11-2實驗步驟1）參照圖11-2沿米尺安置各器件，調(diào)至共軸2）

28、開啟光源，使鈉黃光通過透鏡L1會聚在狹縫上。狹縫要盡量窄，雙棱鏡的棱脊與狹縫須平行地置于L1和測微目鏡的光軸上，以獲得清晰的干涉條紋。3）測微目鏡測量干涉條紋間距x（可連續(xù)測定11個條紋位置，用逐差法計算出5個x取平均），并測出狹縫至目鏡分劃板的距離l。4）保持狹縫和雙棱鏡位置不動，在雙棱鏡后用凸透鏡L2在測微目鏡分劃板上成一虛光源的放大實像，并測得間距d，再據(jù)成像公式算出二虛光源間距d。5）根據(jù)公式計算鈉黃光波長。12菲涅耳雙鏡干涉實驗原理菲涅耳雙鏡由兩個同樣的平面鏡（可以用兩塊黑玻璃鏡）組成（圖121），二鏡夾角很小，一個鏡面可微調(diào)，以改變這個夾角。單色光通過狹縫S之后，被兩個鏡面反射的同

29、時，波陣面即被分成兩部分傳播，在交疊區(qū)域發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生明暗相間的干涉條紋。用測微目鏡可接收并測出在M屏上的一組相鄰條紋的間距。虛光源S1和S2是次級光源S的由反射形成的兩個虛像。設(shè)S（S1，S2）到雙鏡交線的距離為r，二鏡交線到屏M的距離為l0，則，再設(shè)虛光源S1S2距離為d，則單色光波長仍按式計算。d的測量方法與雙棱鏡實驗相同。圖121SS1S2M實驗裝置（12-2）1：鈉燈（GY-5B,加圓孔光闌） 8：測微目鏡架（SZ-36）2：透鏡 （T-GSZ-A07, f=50） 9：測微目鏡 (XW-1)3：透鏡架 (SZ-08) 10：二維平移底座（SZ-02）4：透鏡架 (SZ-08)

30、11：三維平移底座 （SZ-01）5：測微狹縫（SZ-27B） 12：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）6：菲涅耳雙鏡 (SZ-31) 13：二維平移底座 （SZ-02）7：干版架 (SZ-12)圖12-2實驗步驟1）參照圖12-2沿米尺安置各器件，調(diào)至共軸。2）開啟光源，利用透鏡將光束會聚到狹縫上，使通過狹縫的光束投射在雙鏡接縫處。掠射的光束被二鏡面反射，用稍許偏離米尺導(dǎo)軌的測微目鏡接收雙光束交疊區(qū)域的干涉條紋。狹縫要窄，且與雙鏡交線平行，二鏡面夾角大小要適當（調(diào)節(jié)雙鏡背后的3個手鈕）。3）測干涉條紋間距x和兩個虛光源距離d，方法與雙棱鏡實驗相同。4）測出狹縫至雙鏡接縫的距離r和雙鏡接縫至目鏡分劃板的

31、距離lo,得l=r+lo，根據(jù)計算鈉黃光的波長。13勞埃德鏡干涉實驗原理勞埃德鏡通常就是一塊長方形的前表面反射鏡，或一塊黑玻璃鏡。圖131表示從狹縫處形成的次級光源S發(fā)出的單色光波掠射鏡面，反射光與從同一光源發(fā)出，路經(jīng)鏡面近旁的光波在交疊區(qū)域發(fā)生干涉，S是虛光源，M是接收干涉條紋的屏。從雙光束干涉原理來看，勞埃德鏡實驗與上述幾個干涉實驗是類似的，但因利用這個實驗?zāi)軌蛘f明光在玻璃面反射時的相位變化，所以很重要。 SSMdl圖131實驗裝置（圖13-2）1：鈉燈（GY-5B，加圓孔光闌） 8：測微目鏡架（SZ-36）2：透鏡（T-GSZ-A07, f =50 mm） 9：測微目鏡 (XW-1)3：

32、透鏡架（SZ-08） 10：三維平移底座 （SZ-01）4：透鏡架（SZ-08） 11：二維平移底座 （SZ-02） 5：測微狹縫（SZ-27B） 12：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）6：勞埃德鏡 (SZ-32) 13：二維平移底座 （SZ-02）7：干版架 (SZ-12)圖13-2實驗步驟1）參照圖13-2沿米尺安置各器件，調(diào)至共軸。2）開啟光源，使鈉光光束經(jīng)透鏡會聚到狹縫上，通過狹縫，部分光束入射勞埃德鏡，被鏡面反射，另一部分直接與反射光會合發(fā)生干涉，用測微目鏡接收干涉條紋，同時調(diào)節(jié)縫寬、入射角及鏡面與鉛直狹縫的平行，以改善條紋的質(zhì)量。2）測出條紋間距，狹縫與其虛光源的距離d以及狹縫與目鏡分劃板

33、的距離l，方法與雙棱鏡實驗相同，根據(jù)公式計算鈉黃光波長。14牛頓環(huán)實驗原理一個曲率半徑很大的平凸透鏡，以其凸面朝下，放在一 塊平板玻璃上（圖141）二者之間形成從中心O向周邊逐漸增厚的空氣膜。若對透鏡投射單色光，則空氣膜下緣面與上緣面的反射光就會在空氣膜上緣面附近相遇，出現(xiàn)以O(shè)點為中心的明暗相間的圓環(huán)，即牛頓環(huán)。設(shè)透鏡曲率半徑為R，與軸線相距r處的膜厚度為d，則因，所以可略去，得 對垂直入射光，該處幾何程差為2d，加上平板玻璃反射時的半波損失，總程差根據(jù)光干涉產(chǎn)生暗條紋的條件（實驗時測暗環(huán)半徑） （14.1）綜合上述各式，第m級暗環(huán)半徑 （14.2）據(jù)此，若為已知，為了測量平凸透鏡的曲率半徑，

34、只要測出即可。但是由于彈性形變不可避免，實際上O點并非是點接觸的，利用與的平方差求R就比較準確，于是（14.2）式可改寫為 （14.3）又因測量中O點的位置不易確定，所以環(huán)的半徑r可用直徑d代替，式（14.3）又可改寫成 （14.4）實驗裝置(圖14-2)1：牛頓環(huán) (SZ-37B) 6：測微目鏡架（SZ-36）2：干版架 (SZ-12) 7：二維平移底座（SZ-02）3：半透半反玻璃（T-GSZ-A201） 8：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）4：透鏡架（SZ-08） 9：鈉燈 （GY-5B）5：顯微鏡 (XW-1) 10：二維平移底座（SZ-02）圖142實驗步驟1）按圖142布置光路。若牛頓環(huán)裝

35、置平凸透鏡與平板玻璃的接觸點偏離中心，得調(diào)節(jié)夾具上的三個螺釘，使接觸點穩(wěn)定居中即可，（不要擰得太緊，用力過大會導(dǎo)致玻璃破碎，使牛頓環(huán)損壞）。2）開啟光源，調(diào)節(jié)分束器，使視場6 mm測量范圍內(nèi)充滿黃光。消除視差。盡量使干涉圓環(huán)在量程內(nèi)對稱分布。3）調(diào)節(jié)顯微鏡的目鏡，使目鏡中看到的叉絲最為清晰。將顯微鏡對準牛頓環(huán)的中心，前后移動鏡筒使看到的環(huán)紋盡可能清晰，并與顯微鏡的測量叉絲之間無視差。4）用顯微鏡測干涉圖形圓環(huán)的半徑：測量時由于中心附近比較模糊，從第14環(huán)開始逐環(huán)測定位置至第5環(huán)，再越過環(huán)心，從另一測第5環(huán)測至第14環(huán)為止，計算10個環(huán)的直徑d。4）用逐差法取算出5個值，取平均，代入公式（實驗所

36、用鈉黃光波長為589.3nm）得出平凸透鏡的曲率半徑。15 用干涉法測定空氣折射率實驗原理M1M2M2GFGSHeNe激光器圖151具有最簡單形式的邁克耳孫干涉儀如圖151所示。從點光源S發(fā)出的光束，被精制的厚度和折射率均勻的玻璃板（分束器）G分成兩路，射向互相垂直的兩個平面鏡M1和M2。被平面鏡反射后，又回到分束器有鍍膜的半反射面。在這兩束光形成的干涉場內(nèi)產(chǎn)生的是非定域干涉條紋，用毛玻璃屏FG接收。設(shè)M2是M2在G中的虛像?？梢哉J為，F(xiàn)G接收到的干涉圖樣是M1和M2之間的空氣膜上下面的反射光相干產(chǎn)生的。如果在圖151的M1和G之間放置一個能夠控制充、放氣的氣室，若氣室內(nèi)空氣壓力改變了，折射率

37、改變了，使光程差增大，就會引起干涉條紋N個環(huán)的變化。設(shè)氣室內(nèi)空氣柱長度為l，則 （15.1）若將氣室抽真空（室內(nèi)壓強近似于零，折射率），再向室內(nèi)緩慢充氣，同時計數(shù)干涉環(huán)變化數(shù)N，由公式（15.1）可計算出不同壓強下折射率的改變值，則相應(yīng)壓強下空氣折射率若采取打氣的方法增加氣室內(nèi)的粒子（分子和原子）數(shù)量，根據(jù)氣體折射率的改變量與單位體積內(nèi)粒子數(shù)改變量成正比的規(guī)律，可求出相當于標準狀態(tài)下的空氣折射率。對有確定成分的干燥空氣來說，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)與密度成正比，于是有 （15.2）式中是空氣在熱力學(xué)標準狀態(tài)下（T0 =273K，p0 =101,325 Pa）下的密度，是相應(yīng)狀態(tài)下的折射率；和是相對于

38、任意溫度T和壓強p下的折射率和密度。聯(lián)系理想氣體的狀態(tài)方程，有 （15.3）若實驗中T不變，對上式求p的變化所引起的的變化，則有 （15.4）因（其中是相對壓力系數(shù)，等于1/273.15 = 3.66110-3-1，是攝氏溫度，即室溫）,代入式（15.4）有 于是 （15.5）將式（15.1）代入（15.5）得 （15.6）測出若干不同的所對應(yīng)的干涉環(huán)變化數(shù)N，N-關(guān)系曲線的斜率即為。和為已知，見溫度計顯示，和為已知，一并代入式（15.6）即可求得相當于熱力學(xué)標準狀態(tài)下的空氣折射率。根據(jù)式（15.3）求得代入式（15.4），經(jīng)整理，并聯(lián)系式（15.1），即可得 （15.7）其中的環(huán)境氣壓p從實

39、驗室的氣壓計讀出，根據(jù)（15.7）式，通過實驗即可測得實驗環(huán)境下的空氣折射率。實驗裝置（圖15-2）1：He-Ne激光器L (GY-10) 11：平面鏡M1 (T-GSZ-A16)2：激光器架（SZ-42） 12：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）3：透鏡架（SZ-08） 13：二維平移底座（SZ-02）4：擴束器BE (T-GSZ-A01) 14：三維平移底座（SZ-01） 5：透鏡架（SZ-08） 15：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）6：分束器BS (T-GSZ-A201) 16：二維架（SZ-07）7：白屏H (SZ-13) 17：平面鏡M2 (T-GSZ-A16)8：通用底座（SZ-04） 18：二維

40、平移底座（SZ-02） 9：氣室AR (SGM-1-05) 19：通用底座（SZ-04）10：二維架（SZ-07） 圖15-2實驗步驟1）將各器件夾好，靠攏，調(diào)等高。2）調(diào)激光光束平行于臺面，按圖15-2所示，組成邁克耳孫干涉光路（暫不用擴束器）。3）調(diào)節(jié)反射鏡M1和M2的傾角，直到屏上兩組最強的光點重合。4）加入擴束器，經(jīng)過微調(diào)，使屏上出現(xiàn)一系列干涉圓環(huán)。5）緊握橡膠球反復(fù)向氣室充氣，至血壓表滿量程（40kPa，或300mmHg，1mmHg=133.3Pa）為止，記為p。6）緩慢松開氣閥放氣，同時默數(shù)干涉環(huán)變化數(shù)N，至表針回零。7）計算實驗環(huán)境的空氣折射率其中激光波長和氣室長度l為已知，環(huán)境

41、氣壓p從實驗室的氣壓計讀出。本實驗應(yīng)多次測量，干涉環(huán)變化數(shù)可估計出一位小數(shù)。16夫瑯禾費單縫衍射實驗原理ABOPkP0CL圖161單色平行光垂直照射寬度為的狹縫AB（圖161，其中將縫寬放大約百倍），按惠更斯原理，AB面上各子波源的球面波向各方向傳播，在出發(fā)處，相位相同。其中沿入射方向傳播的，經(jīng)透鏡L會聚于P0處時，仍然同相，故加強為中央亮紋；與入射方向成角傳播的，經(jīng)L會聚于Pk，其明暗取決于各次級波線的光程差。從A點作AC線垂直于BC，從AC線到達Pk點的所有波線都是等光程的。沿縫寬各波線之間的光程差取決于從AB到AC之間的路程，而最大光程差若用相距的許多平行于AC的平面分割BC，同時也就將

42、狹縫面上的波陣面分成一些等面積的部分，即菲涅耳半波帶，于是兩個相鄰半波帶的對應(yīng)點發(fā)出的波線到達AC面時的光程差均為，相位差為，經(jīng)L會聚后仍為，故強度互相抵消。據(jù)此推斷：對應(yīng)某確定的方向，若單縫波陣面可分成偶數(shù)個半波帶時Pk處必為暗條紋；若單縫波陣面可分成奇數(shù)個半波帶，Pk處將有明條紋；若半波帶為非整數(shù)所對應(yīng)的方位上，強度則在明暗之間?？傊?，當滿足 （16.1）時產(chǎn)生暗條紋；當滿足 （16.2）時產(chǎn)生明條紋，而零級明條紋范圍，通常認為是從到設(shè)中央零級明條紋寬度為e，L的像方焦距為，對1級暗條紋，近似有 （16.3）據(jù)此，若和為已知，只要測得，即可得實驗裝置的縫寬。實驗裝置（圖16-2）1：鈉燈（

43、GY-5B） 9：二維架（SZ-07）2：透鏡架 (SZ-08) 10：測微目鏡架（SZ-36）3：測微狹縫S1 (SZ-27B) 11：測微目鏡 (XW-1) 4：透鏡L1(T-GSZ-A09,=150 mm） 12：三維平移底座（SZ-01）5：二維架（SZ-07） 13：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03） 6：透鏡架(SZ-08) 14：二維平移底座（SZ-02） 7：測微狹縫 S2 (SZ-27B) 15：升降調(diào)節(jié)座（SZ-03）8：透鏡L2 (T-GSZ-A12,=300 mm) 16：二維平移底座（SZ-02）圖16-2實驗步驟1）參照圖16-2沿米尺調(diào)節(jié)共軸光路。2）使狹縫S1靠近鈉燈，位于透鏡L1的焦平面上，通過透鏡L1形成平行光束，垂直照射狹縫S2，用透鏡L2