設計性試驗微小線徑的測定-

1、評分：大學物理實驗設計性實驗實驗報告實驗題目：微小線徑的測定班級：材控 08-2 班姓名：學號：25指導教師：徐祥福茂名學院物理系大學物理實驗室實驗日期：2022年12月4日實驗日期：2022.12.3劈尖長度L的測量數(shù)據記錄表:、一次數(shù)測量值、口123456y1(mm)0.9951.0000.9850.9861.0000.995Y2(mm)33.46033.46733.45033.44833.45933.456L=y2-y1(mm)32.46532.46732.46532.46232.45932.461L(mm)32.463條紋間距b的測量數(shù)據記錄表:n=5測量值次數(shù)、 x(mm)測量次數(shù)、

2、 、x(mm)b=-x5_xi(mm)nb(mm)114.35168.0610.1400.137212.95776.7780.137311.65185.6300.138410.44894.4730.13359.256103.0850.137實驗17?微小線徑的測定?實驗提要原始數(shù)據記錄:Linst=0.004mmn=15=5.89310cm實驗臺號：5號課題的提出和依據微小線徑的測量在現(xiàn)代科學中有很多的測量方法,但都可以歸結為,有直接測量和間接測量兩類.在普通物理中,直接測量常用的儀器如：千分尺、讀數(shù)顯微鏡等,間接測量常采用的方法如：干預法、衍射法等.對于0.01mm以下的線徑用千分尺和常用的

3、讀數(shù)顯微鏡來測量就顯得無能為力了,通常采用間接測量的方法.頭發(fā)對每一個人來說都不陌生,但有誰能說出自己的頭發(fā)的直徑是多少？本課題要求設計一種測量自己頭發(fā)直徑的方法,通過實驗加以驗證.實驗課題及任務?微小線徑的測定?實驗課題的任務是,利用光的的干預、衍射波動性現(xiàn)象及其理論,設計出一種實驗方法,根據干預、衍射的把戲測量出自己頭發(fā)的直徑.學生根據自己所學知識,設計出?微小線徑的測定?的整體方案,內容包括：寫出實驗原理和理論計算公式；選擇測量儀器；研究測量方法；寫出實驗內容和步驟.然后根據自己設計的方案,進行實驗操作,記錄數(shù)據,做好數(shù)據處理,得出實驗結果,寫出完整的實驗報告,也可按書寫科學論文的格式書

4、寫實驗報告.本實驗題目要求開光學課程的各專業(yè)必選,可以有三至四組選,但是每組的方法或采取的手段應不同.建議電子專業(yè)的有四組選擇該實驗,給專業(yè)光學實驗打根底.實驗原理提示衍射法實驗原理激光衍射互補測定法的原理是基于巴俾特原理,圖示如下.設一個任意形狀的開孔,在平面波照射下,在接收屏上的復振幅用U1表示；用同一平面波照射其互補屏時,在接收屏上其復振幅用U2表示.當互補屏疊加時,開孔消失,在接收屏上的光強分布也應消失,合成復振幅應為零,即上式說明,兩個互補屏所產生的衍射圖形,其形狀和光強完全相同,僅位相相差2.這就是巴俾特原理.對激光衍射條紋來說,原來是亮條紋的位置上互補時將出現(xiàn)暗條紋.利用這個互補

5、原理,就可以測定各種細絲和薄帶的尺寸.根據巴俾涅Babinet原理“兩個互補屏所產生的衍射圖形,其形狀和光強完全相同,僅位相差為土.可知細絲衍射圖形和狹縫衍射圖形是相同的,細絲衍射計算和狹縫衍射計2算相同.巴俾恃原理4=也即聞邛狹縫或細絲衍射的光強I的分布,由物理學知道:d.式中：p=_sme；日為衍射角；d是狹縫寬度或細絲直徑;光源波長I.是日=0時的光強,即光軸上的光強度.當P=0,冗,2%3兀,nn處將出現(xiàn)光強為零的條紋,即I0=0的暗條紋.測量出暗條紋的位置以及對應的暗條紋的級數(shù),就可以根據上面公式計算出細絲直徑do衍射法可以用細絲衍射法和狹縫衍射互補,還可以用圓斑衍射法和小孔衍射互補

6、.這兩種衍射方法都需要制作衍射屏,但前者制作衍射屏比后者容易.干預法利用空氣劈尖的形成干預條紋,根據劈尖干預的原理和計算公式,測量出條紋的距離等參數(shù)計算出細絲直徑d.設計要求通過在實驗室觀察干預“劈尖等厚干預、衍射細絲衍射現(xiàn)象,選擇其中一種方法,制定出實驗方案.畫出實驗原理圖,繪制出光路圖,通過對光路圖的分析,找出頭發(fā)直徑與光路圖中的那些物理量即待測量的物理量 有關,根據干預、 或衍射理論及相關公式推導出計算公式,寫出該實驗的實驗原理.注：這一步是本實驗的關鍵所在,得先到實驗室觀察實驗現(xiàn)象,通過實驗現(xiàn)象的觀察,繪制出光路圖,分析論證,找出規(guī)律,才能寫出實驗原理.根據實驗原理寫出實驗內容,設計出

7、實驗步驟,要具有可操作性.4實驗結果用標準形式表達,即用不確定度來表征測量結果的可信賴程度.實驗儀器的選擇及提示干預法：讀數(shù)顯微鏡；鈉燈；平板玻璃兩塊；頭發(fā)絲自帶；也可以自制輔助器件.衍射法：氨就激光器；自制衍射屏頭發(fā)絲固定在支架上；米尺三米以上較好；光屏可以自制,也可以利用實驗室條件；也可以自制輔助器件.可以用透鏡,也可以不用,推薦不用透鏡.提交整體設計方案時間學生自選題后23周內完成實驗整體設計方案并提交.提交整體設計方案,要求用紙質版電子版用電子郵件發(fā)送到指導教師的電子郵箱里供教師修改.思考題衍射物屏與光屏之間的距離多遠比擬適宜？制作劈尖要注意什么？I=|0(sin2:九是單色光源波長激

8、光圖9-2劈尖形空氣薄膜參考文獻參閱各實驗書籍中的干預、衍射原理.?物理學?下冊第四版東南大學等七所工科院校編馬文蔚等改編高等教育出版社出版第十七章17-417-6、7.?近代光學測試技術?楊國光主編浙江大學出版社第五章光的衍射技術.?微小線徑的測定?實驗設計方案材控 08-2 班 25 號歐堅實驗題目：微小線徑的測定整體設計思路：利用干預法,根據實驗產生的條紋分析,運用劈尖干預原理和計算公式來求頭發(fā)絲的直徑.劈尖如圖：劈尖形空氣薄膜實驗目的：1.練習用干預法測量微小直徑.2.通過實驗進一步加深對等厚干預原理理解.觀察等厚干預現(xiàn)象及其特點.3.熟悉讀數(shù)顯微鏡的結構原理,學會它的調節(jié)和使用方法.

9、4 .熟悉逐差法處理數(shù)據.實驗儀器：讀數(shù)顯微鏡、鈉燈、平板玻璃兩片、頭發(fā)絲讀數(shù)顯微鏡的結構如下:1 .目鏡接筒12.反光鏡旋輪2.目鏡13.壓片3.鎖緊螺釘14.半反鏡組4.調焦手輪15.物鏡組5.標尺16.鏡筒6.測微鼓輪17.刻尺7.鎖緊手輪18.鎖緊螺釘8.接頭軸19.棱鏡室9.方軸10.鎖緊手輪口11.底座將待測的頭發(fā)絲放在兩塊平板玻璃之間的一端,那么形成劈尖形空氣薄膜,即在兩玻璃板之間形成一空氣劈尖.d為細絲的直徑,L為玻璃片長度,e為兩玻璃片間的夾角.由于e實際很小,在光的照射下在劈尖的上外表處反射的光線和在劈尖下外表處反射的光線都可看作垂直于劈尖外表,它們在劈尖外表處相遇并相干疊

10、加.那么在空氣劈尖的上外表形成干預條紋,條紋是平行于棱的一組等距離直線,且相鄰兩條紋所對應的空氣膜厚度之差為半個波長,即當用單色光垂直照射時,在劈尖薄膜上下兩外表反射的兩束光發(fā)生干預,其光程差為：A=2nd+： d為上下外表的距離產生的干預條紋是一簇與兩玻璃板相交接線平行且間距相等的平行條紋.兩相鄰明或暗紋處劈尖的厚度差,設第k級明或暗紋處劈尖的厚度為或,第k+1級明或暗紋處的劈尖厚度為d那么有：d.dkUk=1、2、3一般劈尖的夾角.很小,從圖中可以看出,假設相鄰兩明或暗紋間的距離為b,那么有:九1:d12nLb得：九d=L2nb光在空氣中的波長九和劈尖空氣為介質的折射率n,對d進行求解.實

11、驗內容及步驟:先調節(jié)好讀數(shù)顯微鏡一測出劈尖長度L測劈尖的干預條紋間距b數(shù)據處理具體步驟：a開啟鈉燈燈光源,等待幾分鐘后燈管發(fā)光穩(wěn)定后再開始做實驗.b仔細調節(jié)讀數(shù)顯微鏡,使鈉光燈正對45度角玻璃片.直到眼睛看到顯微鏡視場較亮,并能觀察到玻璃片.將顯微鏡鏡筒緩慢地自上而下降低,通過正確調焦,使目鏡視場中玻璃片清楚.再轉動接目鏡,看清目鏡筒中的十字絲.放松目鏡筒動螺絲,轉動目鏡筒,使十字絲橫絲與外面讀數(shù)標尺目測平行.c將頭發(fā)絲放在平板玻璃上的靠端處不得放在最邊緣處,將另一塊玻璃輕輕蓋上去防止用力過度讓頭發(fā)絲變形然后放在顯微鏡物鏡上方先把鈉燈移到一邊,備免影響劈尖長度L的測量,轉動測微鼓輪,使鏡筒沿水

12、平方向移動,檢查十字絲的縱絲是否始終和玻璃片的邊緣平對齊,如不對齊那么移動玻璃片的位置在測量過程中,為了防止轉動部件的螺紋間隙產生的空轉誤差,在轉動測微鼓輪不可以倒退即只朝一個方向轉,并在開始時先將十字叉絲移過4-6條條紋才開始記錄數(shù)字 .調節(jié)中,應邊移動玻璃片的位置,邊觀察縱絲是否對齊玻璃片,直到調好為止.記下此時的數(shù)據為y1,轉動測微鼓輪直至與頭發(fā)絲對齊,記下數(shù)據為y2o重復測量6次,填入劈尖長度L數(shù)據記錄表中.d測完L后,將鈉燈擺好,使得劈尖產生干預條紋,調節(jié)目鏡使得看到清楚的干預條紋,并調節(jié)目鏡筒的十字絲,使得十字絲的縱絲與暗條紋平行.在轉動測微鼓輪過程中,每個暗亮條紋讀一次數(shù)在測量劈

13、尖干預條紋的間距b時,縱絲每次應與明、暗條紋的交界線重合,讀10個,并記下各對應的坐標x填入條紋間距b數(shù)據記錄表中.e實驗結束后,收拾好實驗儀器.-10-主要誤差來源：平面玻璃外表有粉塵、欠光滑；制造劈尖時用力過度造成頭發(fā)絲變形；十字叉絲縱絲跟條紋等沒有很好的對齊；沒有消除空轉.數(shù)據處理:-11-5=5.89310cm32.46532.46332.467-32.46332.465-32.46312.222F廣(32.462一32.463)十(32.459一32.463)十(32.461一32.463)一一3=3.00010mmB類不確定度:UL=JS2+u2=+3.0001032+(2.309

14、10-32=3.786父10rmm)inst=0.004mm對L的數(shù)據處理:L2=32,467 L3=32.465因止匕L1=32.465L4=32.462L5=32.459 L6=32,461mm平均數(shù)“Lii=6 32.465-32.467-32.465-32.462-32.459-32.46132.463mmA類不確定度:SL=JT(Li-Lf=-3n-1i0.004小工=2.30910mm對a的數(shù)據處理:b=于是有:5b1=0.140b2=0.137b3=0.138b4=0.133b5=0.137(mm0.140+0.137+0.138+0.133+0.137=0137(mm)-12-

15、2221k0.140一0.137)十(0.137一0.137)十(0.138一0.137)十4(0.133-0.137)2+(0.137-0.137)2一3-2.55010mmB類不確定度:不確定度Ub=J?7=屹550父1032+(2.30910_3j=3.440M10七mm)由dL2nb4d=-10-32.463=0.070mm=70m2nb210.137此時d的間接不確定度25.893M10Y_3L0-x3.7861032M0.137)3=1.810mm=1.8/mA類不確定度:c1n,12一&=n.1：b一又里；:L2b-：b2b2UdLLULbUb32.4635.89310I2M0.137224一父3.44010一30.0043:2.30910mm所以相對不確定度為：U山1100%=2.6%rd70-13-因此d=70,01.8mUr=2.6%思考題：制作劈尖要注意什么？答：頭發(fā)要與劈尖頂端平行,不能用力壓劈尖以免頭發(fā)變形,劈尖長度盡量選取大一點實驗心得：本實驗讓我又復習了逐差法和讀數(shù)顯微鏡的使用,深入了解了劈尖的干預原理 等候費干預,并親自作了實驗.明白了