大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 薄透鏡焦距的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)使之共軸。掌握測(cè)量薄會(huì)聚透鏡和發(fā)散透鏡焦距的方法。驗(yàn)證透鏡成像公式，并從感性上了解透鏡成像公式的近似性。實(shí)驗(yàn)儀器型光具座，底座及支架，薄凸透鏡，薄凹透鏡，平面鏡，物屏（可調(diào)狹逢組、有透光箭頭的鐵皮屏或一字針組），像屏（白色，有散射光的作用）。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理共軛法測(cè)量凸透鏡焦距利用凸透

2、鏡物、像共軛對(duì)稱成像的性質(zhì)測(cè)量凸透鏡焦距的方法，叫共軛法。 所謂“物象共軛對(duì)稱”是指物與像的位置可以互移，如圖511（）所示。其中（）圖中處于物點(diǎn)的物體經(jīng)凸透鏡在像點(diǎn)處成像P，這時(shí)物距為，像距為。若把物點(diǎn)移到圖511（）中的點(diǎn)，那么該物體經(jīng)同一凸透鏡成像于原來(lái)的物點(diǎn)，即像點(diǎn)將移到圖511（）中的點(diǎn)。于是，圖51（）中的物距和像距分別是圖511（）中的像距和物距，即物距，像距。這就是“物像共軛對(duì)稱”。設(shè)（物屏和像屏之間的距離為）。根據(jù)上面的共扼法，如果物與像的位置不調(diào)換，那么，物放在處，凸透鏡L放在處，所成一倒立放大實(shí)像在處；將物不動(dòng)，凸透鏡放在處，所成倒立縮小的實(shí)像也在處，如圖512所示。由圖

3、可知，或。于是可得方程組 解方程組得 （5）該式是共軛法測(cè)量凸透鏡焦距的公式。由于是通過(guò)移動(dòng)透鏡兩次成像而求得的，所以，這種方法又稱二次成像法。另外，從方程組中消去，得， ，。當(dāng)有實(shí)根必須有 （5）即物屏與像屏之間的距離大于或最少等于四倍的焦距，物才能通過(guò)凸透鏡二次成像。自準(zhǔn)直法測(cè)量凸透鏡焦距如圖所示，當(dāng)以狹縫光源作為物放在透鏡的第一焦平面上時(shí)，由發(fā)出的光經(jīng)透鏡后將形成平行光。如果在透鏡后面放一個(gè)與透鏡光軸垂直的平面反射鏡，則平行光經(jīng)反射，將沿著原來(lái)的路線反方向進(jìn)行，并成像在狹縫平面上。狹縫與透鏡之間的距離，就是透鏡的第二焦距。這個(gè)方法是利用調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)裝置本身，使之產(chǎn)生平行光以達(dá)到調(diào)焦的目的，所

4、以稱自準(zhǔn)直法。用物距與像距法測(cè)量凹透鏡焦距由于對(duì)實(shí)物，凹透鏡成虛像，所以直接測(cè)量凹透鏡的物距、像距，難以兩全。我們只能借助與凸透鏡成一個(gè)倒立的實(shí)像作為凹透鏡的虛物，虛物的位置可以測(cè)出。凹透鏡能對(duì)虛物成實(shí)像，實(shí)像的位置可以測(cè)出。于是，就可以用高斯公式求出凹透鏡的焦距，如圖514所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容共軛法測(cè)量凸透鏡焦距（）粗調(diào)，將光具座上的光具靠攏，調(diào)節(jié)高低左右；光心中心大致在同一高度和一直線上。（）細(xì)節(jié)，用共軛原理進(jìn)行調(diào)整，使物屏與像屏之間的距離，將凸透鏡從物屏向像屏緩慢移動(dòng)，若所成的大像與小像的中心重合，則等高共軸已調(diào)節(jié)好，若大像中心在小像中心的下方，說(shuō)明凸透鏡位置偏低，應(yīng)將位置調(diào)高；反之，則將透鏡

5、調(diào)低；左右亦然。詳見(jiàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)。（）讀出物屏所在位置，像屏所在位置p，填入自擬的表格中，求出。（）移動(dòng)凸透鏡，使像屏上呈現(xiàn)清晰的放大的倒立實(shí)像，記下此時(shí)的位置，繼續(xù)移動(dòng)凸透鏡，使像屏上呈現(xiàn)清晰的縮小的倒立實(shí)像，記下此時(shí)的位置，求出。重復(fù)上述步驟五次，共得四組數(shù)據(jù)，用（5）式計(jì)算出每組的值，求出的平均值。自準(zhǔn)直法測(cè)量凸透鏡焦距（）按圖513所示，在光具座上放置狹縫光源、平面鏡，并使它們之間的距離比所測(cè)凸透鏡的焦距大。在物屏和平面鏡之間放上被測(cè)量的凸透鏡。（）適當(dāng)調(diào)節(jié)光路，使物屏發(fā)出的光通過(guò)透鏡后，由平面鏡再反射回去，并再次通過(guò)透鏡射向物屏。（）在光具座上，前后移動(dòng)凸透鏡，使物屏上產(chǎn)生倒立、

6、等大、清晰的實(shí)像，當(dāng)共軸很好時(shí)，物與像完全重合，用紙片遮住平面鏡，清晰的像應(yīng)該消失。記下凸透鏡在導(dǎo)軌上的位置。重復(fù)步驟（3）五次，記錄物及透鏡所在的位置，計(jì)算出的平均值。用物距與像距法測(cè)量凹透鏡焦距（）按圖5固定物屏的位置于處，并在其后的導(dǎo)軌上放置一凸透鏡，使像屏上成一倒立縮小的實(shí)像。記下像屏位置。（通過(guò)凸透鏡也可成一個(gè)倒立放大的實(shí)像，但所成的縮小實(shí)像亮度、清晰度高，易準(zhǔn)確定位；另外，由于光具座尺寸的限制，所以，實(shí)驗(yàn)中只能成縮小的實(shí)像。）（）移動(dòng)像屏的位置，重復(fù)（1）步驟五次，將測(cè)量6次所得的位置填入自擬的表格中。（）在凸透鏡與像屏之間放上凹透鏡，的位置應(yīng)靠近一些，此時(shí)上倒立縮小的實(shí)像可能模糊

7、不清，可將像屏向后移動(dòng)，直至在處又出現(xiàn)清晰的像。重復(fù)找出、的位置六次，填入自擬的表中。（4）利用高斯公式計(jì)算出凹透鏡的焦距。（高斯公式具體用到這里、均為負(fù)值，若大，也大；，）思考題為什么要調(diào)節(jié)光學(xué)系統(tǒng)共軸？調(diào)節(jié)共軸有那些要求？怎樣調(diào)節(jié)？為什么實(shí)驗(yàn)中常用白屏作為成像的光屏？可否用黑屏、透明平玻璃、毛玻璃，為什么？ 為什么實(shí)物經(jīng)會(huì)聚透鏡兩次成像時(shí)，必須使物體與像屏之間的距離大于透鏡焦距的4倍？實(shí)驗(yàn)中如果選擇不當(dāng)，對(duì)的測(cè)量有何影響？在薄透鏡成像的高斯公式中，在具體應(yīng)用時(shí)其正、負(fù)號(hào)如何規(guī)定？ 補(bǔ)充材料1有關(guān)“薄透鏡”的部分術(shù)語(yǔ)（1）薄透鏡：若透鏡的厚度與其球面的曲率半徑相比，小得可以忽略不計(jì)，則稱為薄

8、透鏡。（2）主光軸：連接透鏡兩球面曲率中心的直線，稱為透鏡的主光軸。（3）光心：透鏡主截面上的中心點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)的光線，不改變?cè)瓉?lái)的方向，稱這點(diǎn)為光心。（4）副光軸：通過(guò)光心的任一直線稱為薄透鏡的副光軸。（5）主截面：能過(guò)光心而垂直于主光軸的平面稱為透鏡的主截面。（6）物空間：規(guī)定入射光束在其中進(jìn)行的空間稱為物空間。（7）像空間：折射光束在其中進(jìn)行的空間稱為像空間。（8）像焦點(diǎn)（第二焦點(diǎn)）：平行于光軸的光束，經(jīng)透透折射后，會(huì)聚于主光軸上的一點(diǎn)稱像點(diǎn)。（9）像焦距（第二焦距）：從透鏡的光心到像焦點(diǎn)的距離稱為薄透鏡的焦距。（10）物焦點(diǎn)（第一焦點(diǎn)）：主光軸上發(fā)光點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)薄透鏡折射后成為一束平行光

9、，此點(diǎn)稱物焦點(diǎn)。（11）物焦距（第一焦點(diǎn)）：從透鏡光心到的距離稱為薄透鏡的物距。（12）副焦點(diǎn)：平行于任一副光軸的平行光，通過(guò)透鏡后會(huì)聚于這副光軸上的一點(diǎn)，這一點(diǎn)稱為副焦點(diǎn)。（13）焦平面：焦平面就是由許許多多副焦點(diǎn)的集合構(gòu)成的平面；或定義為：過(guò)焦點(diǎn)而垂直于主光軸的平面，也稱焦平面。（14）實(shí)像：自物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后，實(shí)際匯聚于一點(diǎn)的像。（15）虛像：自物點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)透鏡折射后，光線發(fā)散，而其光線的反向延長(zhǎng)線匯聚一點(diǎn)的像。（16）實(shí)物：發(fā)散的入射光束的頂點(diǎn)，稱實(shí)物。1. 你認(rèn)為三種測(cè)量凸透鏡焦距的方法，哪種最好?為什么? 答：共軛法最好，因?yàn)檫@個(gè)方法把焦距的測(cè)量歸結(jié)為對(duì)可以精確測(cè)定的

10、量L和e的測(cè)量，避免了在測(cè)量u和v時(shí)，由于估計(jì)透鏡光心位置不準(zhǔn)確所帶來(lái)的誤差。2. 由推導(dǎo)出共軛法測(cè)f的標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)合成不確定度傳遞公式。根據(jù)實(shí)際結(jié)果，試說(shuō)明uB(L)、uB(e)、uA(e)哪個(gè)量對(duì)最后結(jié)果影響最大?為什么?由此你可否得到一些對(duì)實(shí)驗(yàn)具有指導(dǎo)性意義的結(jié)論? 答：uA(L)對(duì)最后結(jié)果影響最大，因?yàn)長(zhǎng)為單次測(cè)量量。對(duì)O1、O2的測(cè)量時(shí)，要采用左右逼近法讀數(shù)。3. 測(cè)量凹透鏡焦距f和實(shí)驗(yàn)室給出的f0，比較后計(jì)算出的E值（相對(duì)誤差）一般比較大，試分析E大的原因?答：E較大的原因可能是因?yàn)榉湃氚纪哥R后所成像的清晰度很難確定，即像的聚焦情況不好，從而導(dǎo)致很難測(cè)出清晰成像的位置。4. 在測(cè)量凸透

11、鏡的焦距時(shí)，可以利用測(cè)得的多組u、v值，然后以u(píng)+v作縱軸，以u(píng)·v作橫軸，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線。根據(jù)式(3-15-1)事先推斷一下實(shí)驗(yàn)曲線將屬于什么類型，怎樣根據(jù)這條曲線求出透鏡的焦距f?答：曲線是直線，可根據(jù)直線的斜率求出f，f=1/k，因?yàn)?/f=1/u+1/v，即，故可有f=1/k。5. 測(cè)量凸透鏡的焦距時(shí)，可以測(cè)得多組u、v值，以v/u(即像的放大率)作縱軸，以v作橫軸，畫(huà)出實(shí)驗(yàn)曲線。試問(wèn)這條實(shí)驗(yàn)曲線具有什么形狀?怎樣由這條曲線求出透鏡的焦距f ?答：曲線是直線，在橫軸上的截距就是f。 實(shí)驗(yàn)二 分光計(jì)測(cè)透明介質(zhì)的折射率實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夥止鈨x的結(jié)構(gòu)；掌握分光儀的調(diào)節(jié)和使用方法。

12、掌握測(cè)定棱鏡頂角的方法。學(xué)會(huì)用最小偏向角測(cè)定棱鏡的折射率。實(shí)驗(yàn)儀器型（或型）分光儀，三棱鏡（等邊），汞燈。 重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、用最小偏向角法測(cè)定棱鏡玻璃的折射率德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量三棱鏡的頂角12 三棱鏡由兩個(gè)光學(xué)面和及一個(gè)毛玻璃面構(gòu)成。三棱鏡的頂角是指與的夾角，如圖531所示。自準(zhǔn)值法就是用自準(zhǔn)值望遠(yuǎn)鏡光軸與面垂直，使三棱鏡面反射回來(lái)的小十字像

13、位于準(zhǔn)線中央，由分光儀的度盤和游標(biāo)盤讀出這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸相對(duì)于某一個(gè)方位的角位置；再把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到與三棱鏡的面垂直，由分光儀度盤和游標(biāo)盤讀出這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸相對(duì)于的方位角，于是望遠(yuǎn)鏡光軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，三棱鏡頂角為由于分光儀在制造上的原因，主軸可能不在分度盤的圓心上，可能略偏離分度盤圓心。因此望遠(yuǎn)鏡繞過(guò)的真實(shí)角度與分度盤上反映出來(lái)的角度有偏差，這種誤差叫偏心差，是一種系統(tǒng)誤差。為了消除這種系統(tǒng)誤差，分光儀分度盤上設(shè)置了相隔的兩個(gè)讀數(shù)窗口（、窗口），而望遠(yuǎn)鏡的方位由兩個(gè)讀數(shù)窗口讀數(shù)的平均值來(lái)決定，而不是由一個(gè)窗口來(lái)讀出，即， （531）于是，望遠(yuǎn)鏡光軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度為應(yīng)該是 （532）用最小偏向角法測(cè)定棱鏡

14、玻璃的折射率如圖532所示，在三棱鏡中，入射光線與出射光線之間的夾角的稱為棱鏡的偏向角，這個(gè)偏向角與光線的入射角有關(guān) （533） （534）由于是的函數(shù)，因此實(shí)際上只隨變化，當(dāng)為某一個(gè)值時(shí)，達(dá)到最小，這最小的稱為最小偏向角。為了求的極小值，令導(dǎo)數(shù)，由（534）式得（535）由折射定率得， 于是，有此式與（533）比較可知，在棱鏡折射的情況下，所以 由折射定律可知，這時(shí)，。因此，當(dāng)時(shí)具有極小值。將、代入（533）、（534）式，有， ，。 （536）由此可見(jiàn)，當(dāng)棱鏡偏向角最小時(shí)，在棱鏡內(nèi)部的光線與棱鏡底面平行，入射光線與出射光線相對(duì)于棱鏡成對(duì)稱分布。由于偏向角僅是入射角的函數(shù)，因此可以通過(guò)不斷連

15、續(xù)改變?nèi)肷浣?，同時(shí)觀察出射光線的方位變化。在的上述變化過(guò)程中，出射光線也隨之向某一方向變化。當(dāng)變到某個(gè)值時(shí)，出射光線方位變化會(huì)發(fā)生停滯，并隨即反向移動(dòng)。在出射光線即將反向移動(dòng)的時(shí)刻就是最小偏向角所對(duì)應(yīng)的方位，只要固定這時(shí)的入射角，測(cè)出所固定的入射光線角坐標(biāo)，再測(cè)出出射光線的角坐標(biāo)，則有 （537）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1按光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)分光儀進(jìn)行調(diào)整（）調(diào)節(jié)目鏡，看清分劃板上準(zhǔn)線及小棱鏡上十字。（）在載物平臺(tái)上放上三棱鏡并調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡及平臺(tái)，使在望遠(yuǎn)鏡中看到三棱鏡兩個(gè)光學(xué)面反射的小十字像。（）調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡物鏡，使十字像清晰。（）調(diào)整望遠(yuǎn)鏡與分光儀主軸垂直。用自準(zhǔn)值法測(cè)量三棱鏡頂角（）鎖緊分度盤制動(dòng)螺釘，轉(zhuǎn)

16、動(dòng)望遠(yuǎn)鏡（這時(shí)望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)鎖緊螺釘9松開(kāi)），使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)三棱鏡的反射面，鎖緊望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)螺釘9。利用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)，使由面反射回來(lái)的小十字像位于分劃板準(zhǔn)線的中央，記下分度盤兩個(gè)窗口的讀數(shù)值與。（）松開(kāi)鎖緊螺釘，把望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)到與面垂直，再鎖緊螺釘。利用微調(diào)使由面反射回來(lái)的小十字像位于分劃板上準(zhǔn)線中央，記下分度盤上兩個(gè)窗口的讀數(shù)、。（）按上述兩步重復(fù)測(cè)量四次，將數(shù)據(jù)填入自擬表中，由（531）式求出，計(jì)算出的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差。用反射法測(cè)量三棱鏡頂角R1R24在圖533中，用光源照亮平行光管，它射出的平行光束照射在棱鏡的頂角尖處，而被棱鏡的兩個(gè)光學(xué)面和所反射，分成夾角為的兩束平行反射光束、。由反射定律可知，

17、所以。因?yàn)?，所以。于是只要用分光儀測(cè)出從平行光管的狹縫射出的光線經(jīng)、兩個(gè)面反射后的二束平行光與之間的夾角，就可得頂角，則 （538）（）按實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的步驟調(diào)好分光儀。（）參照?qǐng)D532轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，尋找面反射的狹縫像，使狹縫像與豎直準(zhǔn)線重合，記下分光儀、窗口的讀數(shù)，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，尋找面反射的狹縫像，也使狹縫像與豎直準(zhǔn)線重合，再記下分光儀、窗口的讀數(shù)、。（）重復(fù)上述測(cè)量四次，將數(shù)據(jù)填入自擬表中，由（537）式求出的平均值及標(biāo)準(zhǔn)誤差。用最小偏向角法測(cè)定棱鏡玻璃的折射率（）用汞燈作光源照亮狹縫，由平行光管射出光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡，尋找狹縫像，使狹縫像與分化板上的中央豎直準(zhǔn)線重合，記下這時(shí)望遠(yuǎn)鏡筒所在的角坐標(biāo)。

18、（）將三棱鏡放置在載物臺(tái)平臺(tái)上，使平行光管射出光線進(jìn)入三棱鏡的面，轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)在三棱鏡的面觀察望遠(yuǎn)鏡中的可見(jiàn)光譜，跟蹤綠譜線的移動(dòng)方向。尋找最小偏向角的最佳位置，當(dāng)輕微調(diào)節(jié)載物平臺(tái)，而綠譜線恰好要反向移動(dòng)時(shí)，固定載物平臺(tái)。再轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使狹縫的像（綠譜線）與中央豎直準(zhǔn)線重合，記下這時(shí)出射光線角坐標(biāo)、。（）按上述步驟重復(fù)三次，由（537）式求出的平均值，把與代入（536）式，求出棱鏡玻璃的折射率值。并計(jì)算出的相對(duì)誤差。思考題分光儀主要由哪幾部分組成？各部分作用是什么？分光儀的調(diào)整主要內(nèi)容是什么？每一要求是如何實(shí)現(xiàn)的？分光儀底座為什么沒(méi)有水平調(diào)節(jié)裝置？在調(diào)整分光儀時(shí)，若旋轉(zhuǎn)載物平臺(tái)，三棱鏡的AB、AC

19、、BC三面反射回來(lái)的綠色小十字像均對(duì)準(zhǔn)分化板水平叉絲等高的位置，這時(shí)還有必要再采用二分之一逐次逼近法來(lái)調(diào)節(jié)嗎？為什么？望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)三棱鏡面時(shí)，窗口讀數(shù)是293度21分30秒，寫(xiě)出這時(shí)窗口的可能讀數(shù)和望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)面時(shí)，窗口的可能讀數(shù)值。如圖534所示，分光儀中刻度盤中心與游標(biāo)盤中心不重合，則游標(biāo)盤轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí),刻度盤讀出的角度，但，試證明。什么是最小偏向角？在實(shí)驗(yàn)中，如何來(lái)調(diào)整測(cè)量最小偏向角的位置？若位置稍有偏離帶來(lái)的誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響如何？為什么？實(shí)驗(yàn)三   雙棱鏡干涉測(cè)波長(zhǎng)教學(xué)目的1.掌握一種利用分割波前實(shí)現(xiàn)雙光束干涉的方法2.用菲涅耳雙棱鏡絕對(duì)測(cè)量光波波長(zhǎng)3.光場(chǎng)空間相干性的初

20、步觀察儀器用具納光燈,雙棱鏡,凸透鏡,測(cè)微目鏡,單狹縫,光具座等.重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、掌握使干涉條紋清晰的主要調(diào)節(jié)步驟德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容波動(dòng)光學(xué)研究光的波動(dòng)性質(zhì)、規(guī)律及其應(yīng)用，主要內(nèi)容包括光的干涉、衍射和偏振。1818年菲涅耳的雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)不僅對(duì)波動(dòng)光學(xué)的發(fā)展起到了重要作用，同時(shí)也提供了一種非常簡(jiǎn)單的測(cè)量單色光波長(zhǎng)的方法。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)利用光的干涉

21、現(xiàn)象測(cè)量光波波長(zhǎng)的方法，了解雙縫的干涉條件及在實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)，掌握實(shí)驗(yàn)光路的調(diào)節(jié)和測(cè)微目鏡的使用。1雙棱鏡干涉及測(cè)光波長(zhǎng)方法菲涅耳雙棱鏡是由兩塊底邊相接、折射棱角a小于1°的直角棱鏡組成的。從單縫發(fā)出的光經(jīng)雙棱鏡折射后，形成兩束猶如從虛光源發(fā)出的頻率相同、振動(dòng)方向相同、并且在相遇點(diǎn)有恒定相位差的相干光束，它們?cè)诳臻g傳播時(shí)，有一部分彼此重疊而形成干涉場(chǎng)。 在圖3-15-2中，設(shè)由雙棱鏡B所產(chǎn)生的兩相干虛光源S1、S2間距為d，觀察屏P到S1S2平面的距離為D。若P上的P0點(diǎn)到S1和S2的距離相等，則S1和S2發(fā)出的光波到P0的光程也相等，因而在P0點(diǎn)相互加強(qiáng)而形成中央明條紋(

22、零級(jí)干涉條紋)。設(shè)S1和S2到屏上任一點(diǎn)PK的光程差為D，PK與P0的距離為XK，則當(dāng)d<<D和XK<<D時(shí)，可得到(3-15-1)當(dāng)光程差D為波長(zhǎng)的整數(shù)倍，即(K=0、1、2、···)時(shí)，得到明條紋。此時(shí)，由（3-15-1）式可知(3-15-2)這樣，由（3-15-2）式相鄰兩明條紋的間距為于是(3-15-3)對(duì)暗條紋也可得到同樣的結(jié)果。（3-15-3）式即為本實(shí)驗(yàn)測(cè)量光波波長(zhǎng)的公式。2實(shí)驗(yàn)裝置與光路滿足的條件  實(shí)驗(yàn)裝置如圖3-15-4所示，除光源外各器件均需安置在光具座上，Q為鈉光燈；S為寬度及取向可調(diào)單縫；透鏡L

23、1將光源Q發(fā)出的光會(huì)聚于單縫S上，以提高照明單縫上的光強(qiáng)度；B為雙棱鏡；L2為輔助成像透鏡，用來(lái)測(cè)量?jī)商摴庠碨1、S2之間的距離d；P為觀察屏，用作調(diào)節(jié)光路；M為測(cè)微目鏡。根據(jù)光的干涉理論和條件，為獲得對(duì)比度好、清晰的干涉條紋，調(diào)節(jié)好的光路必須滿足以下條件：（1）光路中各元件同軸等高。（2）單縫與雙棱鏡棱脊嚴(yán)格平行，通過(guò)單縫的光對(duì)稱地射在雙棱鏡的棱脊上。（3）單縫寬窄合適，否則干涉條紋對(duì)比度很差。3光路調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)中單縫S寬度的調(diào)節(jié)是單邊移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，故單縫應(yīng)置于三維可調(diào)滑塊上；雙棱鏡B置二維可調(diào)滑塊上；輔助成像透鏡L2置三維可調(diào)滑塊上。（1）目測(cè)各器件共軸等高。（2）調(diào)節(jié)光源Q、透鏡L1及單縫S

24、使光對(duì)稱射在雙棱鏡B的棱脊上。（3）單縫S與雙棱鏡B距離合適（一方面兩者距離越大，干涉條紋越蜜；另一方面經(jīng)雙棱鏡折射后的光線匯聚在單縫上。），將測(cè)微目鏡M置于雙棱鏡后附近處，在改變單縫寬度、取向的同時(shí)觀察干涉情況，以獲得對(duì)比度好、清晰的干涉條紋。（4）移動(dòng)測(cè)微目鏡使其與單縫的距離略大于輔助成像透鏡L2四倍焦距。注意在移動(dòng)測(cè)微目鏡的同時(shí)觀察干涉條紋，若干涉條紋朝一邊移動(dòng)則通過(guò)調(diào)節(jié)放置單縫的三維可調(diào)滑塊，使干涉條紋處于目鏡中央。（5）在雙棱鏡與目鏡之間加入輔助成像透鏡，移動(dòng)其位置使通過(guò)目鏡能觀察到虛光源兩次成像。（6）固定各器件之間距離不變，測(cè)量有關(guān)量。3測(cè)微目鏡測(cè)微目鏡是用來(lái)測(cè)量微小間距的儀器，

25、由目鏡、可動(dòng)分劃板、固定分劃板、讀數(shù)鼓輪與連接裝置組成。其結(jié)構(gòu)外形簡(jiǎn)圖如圖3-15-3所示。使用時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪帶動(dòng)絲桿可以推動(dòng)可動(dòng)分劃板左右移動(dòng)，該分劃板上刻有十字交叉線，其移動(dòng)方向垂直于目鏡光軸，移動(dòng)距離可通過(guò)帶有刻度的不動(dòng)鼓輪及可動(dòng)讀數(shù)鼓輪讀出。測(cè)微目鏡的讀數(shù)方法與螺旋測(cè)微計(jì)相似，豎線或交叉點(diǎn)位置的毫米數(shù)由不動(dòng)鼓輪的刻度讀出，毫米以下的讀數(shù)由可動(dòng)鼓輪上確定。本儀器測(cè)長(zhǎng)范圍010mm，測(cè)量精度為0.01mm，可以估讀到0.001mm。使用時(shí)應(yīng)先調(diào)節(jié)接目鏡，叉絲清晰后（此時(shí)待測(cè)物須成像在分劃板平面上）轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，推動(dòng)分劃板使叉絲的交點(diǎn)或豎線與待測(cè)物的像邊緣重合，便可得到一個(gè)讀數(shù)。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪使

26、叉絲的交點(diǎn)或豎線移動(dòng)到待測(cè)物像的另一邊緣上，又得到一個(gè)讀數(shù)，兩讀數(shù)之差即為待測(cè)物像的大小。注意事項(xiàng)：（1）測(cè)微目鏡中十字叉絲移動(dòng)的方向應(yīng)與被測(cè)物線度方向平行，即豎線與之垂直。（2）為消除鼓輪的絲桿螺紋與螺母之間存在間隙以及鼓輪空轉(zhuǎn)所引起的系統(tǒng)誤差，測(cè)量應(yīng)緩慢朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，中途不可逆轉(zhuǎn)。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪觀測(cè)十字叉絲的位置時(shí)，不要移出其觀測(cè)范圍（010mm）。（4）不要用手觸摸任何鏡頭。 分析思考1由實(shí)驗(yàn)調(diào)節(jié)過(guò)程說(shuō)明，得到清晰的、對(duì)比度好的干涉條紋的關(guān)鍵是什么？2結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論分析單縫寬度對(duì)干涉現(xiàn)象的影響，改變單縫與雙棱鏡的間距時(shí)，干涉條紋的變化規(guī)律以及移動(dòng)測(cè)微目鏡時(shí)干涉條紋的變

27、化情況。3雙棱鏡干涉條紋的空間分布有何特點(diǎn)？在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的相鄰亮紋間距DX與什么有關(guān)？在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意什么？實(shí)驗(yàn)四    邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)其調(diào)節(jié)方法。2調(diào)節(jié)觀察干涉條紋，測(cè)量激光的波長(zhǎng)。3測(cè)量鈉雙線的波長(zhǎng)差。4練習(xí)用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀，鈉燈，針孔屏，毛玻璃屏，多束光纖激光源（HNL  55700）。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、重點(diǎn)掌握調(diào)節(jié)鈉光的干涉條紋時(shí)，如已確定使指針的雙影重合，但條紋沒(méi)出現(xiàn)，分析可能產(chǎn)生的

28、原因德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理1邁克爾遜干涉儀圖1是邁克爾遜干涉儀實(shí)物圖。圖2是邁克爾遜干涉儀的光路示意圖，圖中M和M是在相互垂直的兩臂上放置的兩個(gè)平面反射鏡，其中M是固定的；M由精密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動(dòng)，移動(dòng)的距離由刻度轉(zhuǎn)盤(由粗讀和細(xì)讀2組刻度盤組合而成)讀出。在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板G，它的第二個(gè)平面上鍍有半透（半反射）的銀膜，以便將入射光分成振幅

29、接近相等的反射光和透射光，故G又稱為分光板。G也是平行平面玻璃板，與G平行放置，厚度和折射率均與G相同。由于它補(bǔ)償了光線和因穿越G次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差，故稱為補(bǔ)償板。從擴(kuò)展光源S射來(lái)的光在G處分成兩部分，反射光經(jīng)G反射后向著M前進(jìn)，透射光透過(guò)G向著M前進(jìn)，這兩束光分別在M、M上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都達(dá)到E處。因?yàn)檫@兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。由M反射回來(lái)的光波在分光板G的第二面上反射時(shí)，如同平面鏡反射一樣，使M在M附近形成M的虛像M，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M和M的反射相當(dāng)于自M和M的反射。由此可見(jiàn)，在邁克爾遜干涉儀中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜所產(chǎn)生的干

30、涉是等效的。當(dāng)M和M平行時(shí)(此時(shí)M和M嚴(yán)格互相垂直)，將觀察到環(huán)形的等傾干涉條紋。一般情況下，M和M形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋)。 2單色光波長(zhǎng)的測(cè)定用波長(zhǎng)為的單色光照明時(shí)，邁克爾遜干涉儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M和M反射的兩列相干光波的光程差為2dcos i                     

31、60;                (1)其中i為反射光在平面鏡M上的入射角。對(duì)于第k條紋，則有2dcos ik                            

32、         (2)當(dāng)M和M的間距d逐漸增大時(shí)，對(duì)任一級(jí)干涉條紋，例如k級(jí)，必定是以減少cosi的值來(lái)滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向i變大(cos i值變小)的方向移動(dòng)，即向外擴(kuò)展。這時(shí)，觀察者將看到條紋好像從中心向外“涌出”，且每當(dāng)間距d增加/2時(shí)，就有一個(gè)條紋涌出。反之，當(dāng)間距由大逐漸變小時(shí)，最靠近中心的條紋將一個(gè)一個(gè)地“陷入”中心，且每陷入一個(gè)條紋，間距的改變亦為/2。因此，當(dāng)M2鏡移動(dòng)時(shí)，若有N個(gè)條紋陷入中心，則表明M相對(duì)于M移近了dN(/2)    

33、0;                                   (3)反之，若有N個(gè)條紋從中心涌出來(lái)時(shí)，則表明M相對(duì)于M移遠(yuǎn)了同樣的距離。如果精確地測(cè)出M移動(dòng)的距離d，則可由式(3)計(jì)算出入射光波的波長(zhǎng)。3測(cè)量鈉光的雙線波長(zhǎng)差鈉光2條強(qiáng)譜線的波長(zhǎng)分別

34、為589.0 nm和589.6 nm，移動(dòng)M，當(dāng)光程差滿足兩列光波和的光程差恰為的整數(shù)倍，而同時(shí)又為的半整數(shù)倍，即k(k0.5)這時(shí)光波生成亮環(huán)的地方，恰好是光波生成暗環(huán)的地方。如果兩列光波的強(qiáng)度相等，則在此處干涉條紋的視見(jiàn)度應(yīng)為零(即條紋消失)。那么干涉場(chǎng)中相鄰的2次視見(jiàn)度為零時(shí)，光程差的變化應(yīng)為L(zhǎng)k(k1)(k為一較大整數(shù))由此得2/K12/L|   于是=12/L|   2/L  式中為、的平均波長(zhǎng)。對(duì)于視場(chǎng)中心來(lái)說(shuō)，設(shè)M鏡在相繼2次視見(jiàn)度為零時(shí)移動(dòng)距離為d，則光程差的變化L應(yīng)等于2d，所以2/D(4)對(duì)鈉光平均值589.3 nm，如果測(cè)

35、出在相繼2次視見(jiàn)度最小時(shí)，M鏡移動(dòng)的距離d ,就可以由式(4)求得鈉光D雙線的波長(zhǎng)差。4.點(diǎn)光源的非定域干涉現(xiàn)象激光器發(fā)出的光，經(jīng)凸透鏡L后會(huì)聚S點(diǎn)。S點(diǎn)可看做一點(diǎn)光源，經(jīng)G(G未畫(huà))、M、M的反射，也等效于沿軸向分布的2個(gè)虛光源S、S所產(chǎn)生的干涉。因S、S發(fā)出的球面波在相遇空間處處相干，所以觀察屏E放在不同位置上，則可看到不同形狀的干涉條紋，故稱為非定域干涉。當(dāng)E垂直于軸線時(shí)(見(jiàn)圖3)，調(diào)整M和M的方位也可觀察到等傾、等厚干涉條紋，其干涉條紋的形成和特點(diǎn)與用鈉光照明情況相同，此處不再贅述。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1觀察擴(kuò)展光源的等傾干涉條紋并測(cè)波長(zhǎng)點(diǎn)燃鈉光燈，使之與分光板G等高并且位于沿分光板和M鏡的

36、中心線上，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使M鏡距分光板G的中心與M鏡距分光板G的中心大致相等(拖板上的標(biāo)志線在主尺32 cm 位置)。在光源與分光板G之間插入針孔板，用眼睛透過(guò)G直視M鏡，可看到2組針孔像。細(xì)心調(diào)節(jié)M鏡后面的 3 個(gè)調(diào)節(jié)螺釘，使 2 組針孔像重合，如果難以重合，可略微調(diào)節(jié)一下M鏡后的3個(gè)螺釘。當(dāng)2組針孔像完全重合時(shí)，就可去掉針孔板，換上毛玻璃，將看到有明暗相間的干涉圓環(huán)，若干涉環(huán)模糊，可輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，使M鏡移動(dòng)一下位置，干涉環(huán)就會(huì)出現(xiàn)。再仔細(xì)調(diào)節(jié)M鏡的2個(gè)拉簧螺絲，直到把干涉環(huán)中心調(diào)到視場(chǎng)中央，并且使干涉環(huán)中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動(dòng)而移動(dòng)，但干涉環(huán)不發(fā)生“涌出”或“陷入”現(xiàn)象，這時(shí)觀

37、察到的干涉條紋才是嚴(yán)格的等傾干涉。測(cè)鈉光D雙線的平均波長(zhǎng)。先調(diào)儀器零點(diǎn)，方法是：將微調(diào)手輪沿某一方向(如順時(shí)針?lè)较?旋至零，同時(shí)注意觀察讀數(shù)窗刻度輪旋轉(zhuǎn)方向；保持刻度輪旋向不變，轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪，讓讀數(shù)窗口基準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)某一刻度，使讀數(shù)窗中的刻度輪與微調(diào)手輪的刻度輪相互配合。始終沿原調(diào)零方向，細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，觀察并記錄每“涌出”或“陷入”50個(gè)干涉環(huán)時(shí)，M鏡位置，連續(xù)記錄6次。根據(jù)式(5-8)，用逐差法求出鈉光D雙線的平均波長(zhǎng)，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。2觀察等厚干涉和白光干涉條紋在等傾干涉基礎(chǔ)上，移動(dòng)M鏡，使干涉環(huán)由細(xì)密變粗疏，直到整個(gè)視場(chǎng)條紋變成等軸雙曲線形狀時(shí)，說(shuō)明M與M接近重合。細(xì)心調(diào)節(jié)水平式垂直

38、拉簧螺絲，使M與M有一很小夾角，視場(chǎng)中便出現(xiàn)等厚干涉條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點(diǎn)。用白熾燈照明毛玻璃(鈉光燈不熄滅)，細(xì)心緩慢地旋轉(zhuǎn)微動(dòng)手輪，M與M達(dá)到“零程”時(shí)，在M與M的交線附近就會(huì)出現(xiàn)彩色條紋。此時(shí)可擋住鈉光，再極小心地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪找到中央條紋，記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。3測(cè)定鈉光D雙線的波長(zhǎng)差以鈉光為光源調(diào)出等傾干涉條紋。移動(dòng)M鏡，使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度最小，記錄M鏡的位置；沿原方向繼續(xù)移動(dòng)M鏡，使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度由最小到最大直至又為最小，再記錄M鏡位置，連續(xù)測(cè)出6個(gè)視見(jiàn)度最小時(shí)M鏡位置。用逐差法求d的平均值，計(jì)算D雙線的波長(zhǎng)差。4點(diǎn)光源非定域干涉現(xiàn)象觀察方法步驟自擬。邁克爾遜干

39、涉儀系精密光學(xué)儀器，使用時(shí)應(yīng)注意防塵、防震；不能觸摸光學(xué)元件光學(xué)表面；不要對(duì)著儀器說(shuō)話、咳嗽等；測(cè)量時(shí)動(dòng)作要輕、要緩，盡量使身體部位離開(kāi)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面，以防震動(dòng)。問(wèn)題解答1、調(diào)節(jié)等傾干涉條紋時(shí)，怎樣判斷是否觀察到了嚴(yán)格的等傾干涉條紋？ 當(dāng)平面鏡M1和M2完全平行時(shí)，才能觀察到嚴(yán)格的等傾干涉條紋。這時(shí)如果眼睛上下、左右微微移動(dòng)，同心干涉圓環(huán)的大小不變，僅僅是圓心隨眼睛移動(dòng)而移動(dòng)，并且干涉條紋反差大。這樣的干涉條紋就是嚴(yán)格的等傾干涉條紋。2、測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)應(yīng)如何避免空程誤差？    微動(dòng)微調(diào)手輪，屏上條紋就應(yīng)有變化，否則就存在空程誤差，可用手輕推可動(dòng)反射鏡，

40、消除空程誤差，測(cè)量時(shí)始終連續(xù)地沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪。這樣就可以避免空程誤差。 思考討論1、邁克爾遜干涉儀是怎樣實(shí)現(xiàn)雙光束干涉的？ 2、形成非定域干涉的條件是什么？3、形成等傾干涉的條件是什么？4、形成等厚干涉的條件是什么？5、非定域干涉條紋、等傾干涉條紋和等厚干涉條紋分別定域在何處？實(shí)驗(yàn)中怎樣驗(yàn)證？6、調(diào)節(jié)非定域干涉條紋時(shí)，若觀察到的條紋又細(xì)又密是何原因？如何調(diào)節(jié)使條紋變得又粗又稀？7、在等傾干涉中，縮進(jìn)或吐出一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)光程差的變化是多少？8、在等傾干涉中，縮進(jìn)或吐出一個(gè)條紋對(duì)應(yīng)可動(dòng)反射鏡變化的距離是多少？9、用邁克爾遜干涉儀測(cè)定光波波長(zhǎng)的基本原理是什么？如何測(cè)量？10、調(diào)節(jié)邁克

41、爾遜干涉儀時(shí)看到的亮點(diǎn)為什么是兩排而不是兩個(gè)?兩排亮點(diǎn)是怎樣形成的?11、實(shí)驗(yàn)中毛玻璃起什么作用?為什么觀察鈉光等傾干涉條紋時(shí)要用通過(guò)毛玻璃的光束照明?12、調(diào)節(jié)鈉光的干涉條紋時(shí)，如已確使針孔板的主光點(diǎn)重合，但條紋并未出現(xiàn)，試分析可能產(chǎn)生的原因。13、利用鈉光的等傾干涉現(xiàn)象測(cè)鈉光D雙線的平均波長(zhǎng)和波長(zhǎng)差時(shí)，應(yīng)將等傾條紋調(diào)到何種狀態(tài)，測(cè)量時(shí)應(yīng)注意哪些問(wèn)題?   注意事項(xiàng)1邁克爾遜干涉儀是精密光學(xué)儀器，各光學(xué)表面必須保持清潔，嚴(yán)禁用手觸摸；調(diào)整時(shí)必須仔細(xì)、認(rèn)真、小心、輕緩，嚴(yán)禁用力過(guò)度，損壞儀器。 2測(cè)量時(shí)要防止引入空程誤差，影響測(cè)量精度。 3避免激光直接射入眼睛，否則可能會(huì)造

42、成視網(wǎng)膜永久性的傷害。 4數(shù)條紋變化數(shù)目過(guò)程中，若因震動(dòng)出現(xiàn)條紋抖動(dòng)難以辨認(rèn)時(shí)，應(yīng)暫停數(shù)條紋數(shù)，待穩(wěn)定后再繼續(xù)數(shù)。 5有些儀器粗調(diào)和細(xì)調(diào)手輪刻度不一致，可通過(guò)只讀細(xì)調(diào)手輪來(lái)讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)五 利用牛頓環(huán)測(cè)量球面的曲率半徑“牛頓環(huán)”現(xiàn)象是牛頓 (Isaac Newton，1642-1727) 的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)。牛頓把一個(gè)平凸透鏡放在一個(gè)雙凸透鏡上時(shí)，觀察到了明暗相間的同心圓環(huán)。他精確的測(cè)量了環(huán)的半徑，并發(fā)現(xiàn)環(huán)半徑的平方構(gòu)成一個(gè)算術(shù)級(jí)數(shù)。從這一發(fā)現(xiàn)中他提出并確立了光的周期性。牛頓環(huán)實(shí)際上是光的波動(dòng)性的最好證明，但牛頓并沒(méi)有從此走向光的波動(dòng)說(shuō)，這不能不說(shuō)是一個(gè)遺憾。牛頓環(huán)和劈尖屬典型的等厚干涉，它們都是由同

43、一光源發(fā)出的兩束光，分別經(jīng)過(guò)其裝置所形成的空氣薄膜上、下表面反射后，在上表面相遇產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象。利用光的干涉現(xiàn)象可以測(cè)量微小角度、很微小長(zhǎng)度、微小直徑及檢測(cè)一些光學(xué)元件的球面度、平整度、光潔度等。 教學(xué)目的1 觀察等厚干涉現(xiàn)象，加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)；2 學(xué)會(huì)使用測(cè)量顯微鏡；3 學(xué)會(huì)用牛頓環(huán)測(cè)球面曲率半徑的原理和方法。 教學(xué)要求1 提交符合要求的預(yù)習(xí)報(bào)告；2 實(shí)驗(yàn)操作在三小時(shí)內(nèi)完成，操作正確，數(shù)據(jù)合格；3 寫(xiě)出合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、重點(diǎn)：用牛頓環(huán)測(cè)平凸透鏡曲率半徑的原理和方法，正確使用測(cè)量顯微鏡。4、難點(diǎn)：正確使用測(cè)

44、量顯微鏡；調(diào)出清晰規(guī)范的牛頓環(huán)，正確數(shù)環(huán)數(shù)。德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)原理 1 概述實(shí)驗(yàn)原理，簡(jiǎn)要介紹測(cè)量顯微鏡和牛頓環(huán)儀。提問(wèn)：測(cè)量公式中各物理量的含義是什么？牛頓環(huán)是怎樣形成的？牛頓環(huán)的中心應(yīng)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？什么叫空回量？實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何避免空回量？2 講解測(cè)量?jī)?nèi)容、程序及注意事項(xiàng)。3 學(xué)生自由提問(wèn)，老師答疑。 實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)1 說(shuō)明正確調(diào)節(jié)牛頓環(huán)儀的方法，牛頓環(huán)應(yīng)居透鏡正中，無(wú)

45、畸變且最小。2 指出鈉光燈不能反復(fù)開(kāi)啟，從實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)打開(kāi)到實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)關(guān)閉，中途不得關(guān)與開(kāi)。鈉光燈打開(kāi)后，不能馬上使用，應(yīng)等數(shù)分鐘，待正常發(fā)光后，才能開(kāi)始調(diào)顯微鏡視場(chǎng)。3 在鈉光燈下調(diào)顯微鏡視場(chǎng)時(shí)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)讓鈉黃光均勻地充滿整個(gè)視場(chǎng)，不能在半明半暗狀態(tài)下調(diào)出牛頓環(huán)。4 調(diào)出牛頓環(huán)的步驟是：先調(diào)目鏡看清十字叉絲，再調(diào)焦距看清牛頓環(huán)圖象，注意反復(fù)調(diào)節(jié)目鏡和物鏡“消視差”。5 對(duì)牛頓環(huán)調(diào)焦距時(shí)，強(qiáng)調(diào)鏡筒只能從下向上調(diào)節(jié)，不允許反向調(diào)節(jié)。6 在牛頓環(huán)清晰可辨的前提下，對(duì)m和n應(yīng)選取遠(yuǎn)離園心的環(huán)來(lái)進(jìn)行測(cè)量。7 顯微鏡十字叉絲的橫線雖不必嚴(yán)格調(diào)到每道環(huán)的中心，但十字叉絲的交點(diǎn)還是應(yīng)與牛頓環(huán)中心大致相合為宜。8

46、 十字叉絲的垂線切暗環(huán)時(shí)，應(yīng)切在每一條紋的正中內(nèi)。9 測(cè)量進(jìn)行時(shí)，要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：測(cè)微鼓輪只能朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，并指明調(diào)測(cè)方法，以防出現(xiàn)較大空回誤差。10 測(cè)讀數(shù)據(jù)時(shí)，要始終沿著一個(gè)方向數(shù)環(huán)數(shù)，不能從兩個(gè)方向讀數(shù)；要防止漏數(shù)環(huán)數(shù)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告1 提醒計(jì)算曲率半徑時(shí)，注意統(tǒng)一單位；2 熟練運(yùn)用逐差法處理數(shù)據(jù)的方法；3 自己導(dǎo)出R的不確定度傳播公式；4 要求評(píng)估測(cè)量結(jié)果并分析誤差。注意事項(xiàng)不可用手觸摸光學(xué)元件的表面。必須保證單方向測(cè)量，避免回程差。鈉光源需要預(yù)熱5分鐘。鈉光源應(yīng)盡量放在足夠遠(yuǎn)的位置。調(diào)整顯微鏡的物距時(shí)，顯微鏡應(yīng)從離牛頓環(huán)最近的位置開(kāi)始向遠(yuǎn)處走，以避免顯微鏡物鏡鏡頭與牛頓環(huán)相撞。實(shí)驗(yàn)六

47、0; 衍射光柵實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光柵的主要特性，測(cè)量其光柵常數(shù)、分辨本領(lǐng)和角色散。2、用光柵測(cè)光波波長(zhǎng)。3、了解光柵分光的特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)儀器JJY型分光計(jì)（附件：變壓器6.3V/220V），平面反射鏡，手持照明放大鏡，平面全息光柵，鈉燈，汞燈，米尺。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、光柵的調(diào)節(jié)德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理1、光柵的衍射光柵是根據(jù)多縫衍射原理制成的一種分光元件，它能

48、產(chǎn)生譜線間距較寬的勻排光譜，所得光譜線的亮度比用棱鏡分光時(shí)要小些，但光柵的分辨本領(lǐng)比棱鏡大。光柵不僅適用于可見(jiàn)光，還能用于紅外和紫外光波，常用在光譜儀上。衍射光柵有透射光柵和反射光柵兩種，它們都相當(dāng)于一組數(shù)目很多、排列緊密均勻的平行狹縫，透射光柵是用金剛石刻刀在一塊平面玻璃上刻成的，而反射光柵則把刻縫刻在磨匯豐銀行的硬質(zhì)合金上。實(shí)驗(yàn)教學(xué)用的是復(fù)制光柵（透射式），由明膠或動(dòng)物膠在金屬反射光柵印下痕線，再用平面玻璃夾好，以免損壞。2、光柵的分辨本領(lǐng)和色散率衍射光柵的基本特性可以用它的分辨本領(lǐng)與色散率來(lái)表征。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、光柵的調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)分光計(jì)，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)無(wú)窮遠(yuǎn)，望遠(yuǎn)鏡軸線與分光計(jì)中心軸線相垂直

49、，平行光管出射平行光。調(diào)節(jié)方法見(jiàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器部分。狹縫寬度調(diào)至約1毫米。（2）安置光柵，要求入射光垂直照射光柵表面，平行光管狹縫與光柵刻痕相平行。 （3）調(diào)節(jié)光柵使其刻痕與轉(zhuǎn)軸平行。注意觀察叉絲交點(diǎn)是否在各條譜線中央，如果不是，可調(diào)節(jié)螺絲予以改正，調(diào)好后，再回頭檢查光柵平面是否仍保持和轉(zhuǎn)軸平行。如有了改變，就要反復(fù)多次，直到兩個(gè)要求都滿足為止。2、測(cè)定光柵常數(shù)及分辨本領(lǐng)以汞燈為光源，測(cè)出K=±1波長(zhǎng)為5460.7?的綠光衍射角，求d。但應(yīng)注意：+1與-1級(jí)的衍射角相差不能超過(guò)幾分，否則應(yīng)重新檢查入射角是否為零。用米尺測(cè)出光柵寬度L，算出N，代入R=KN求分辨本領(lǐng)。3、測(cè)定未知光波

50、波長(zhǎng)及色散率用上法在K=±1時(shí)測(cè)出水銀的兩條黃線1及2的衍射角，求出 1及2并計(jì)算出，再求出光柵的角色散率。4、觀察N和分辨本領(lǐng)的關(guān)系。設(shè)法擋住光柵的一部分，減少刻痕數(shù)目N，觀察鈉光兩條黃色譜線隨N的減少發(fā)生什么變化。5、比較用光柵分光和用三棱鏡分光得出的光譜各自的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)處理1、衍射角數(shù)據(jù)。2、的計(jì)算。思考題光柵方程成立的條件是什么？在實(shí)驗(yàn)中如何使這一條件得到滿足？答：dsinqkl成立的條件是：平行光垂直入射。在實(shí)驗(yàn)中，要調(diào)節(jié)好分光計(jì)的平行光管使其發(fā)出平行光。為使入射的單色平行光垂直入射到光柵平面上，必須使光柵平面反射回的十字像的豎線與分劃板調(diào)整叉絲豎線及零級(jí)衍射線（白線）重合

51、。表征光柵特征的參數(shù)除了d外，還有哪幾個(gè)？如何進(jìn)行測(cè)量？答：表征光柵特征的參數(shù)除了光柵常數(shù)d外，還有光柵的角色散率 EQ F(dj,dl) EQ F(k,dcosjk) 和光柵的分辨率本領(lǐng) R EQ F(l,Dl) kN（實(shí)際值小于理論估計(jì)值KN）。在垂直入射條件下，只要測(cè)出光柵常數(shù)d、光譜級(jí)數(shù)k和與之相應(yīng)的jk，就可以求出光柵的角色散率。若測(cè)出光柵常數(shù)d、光譜級(jí)數(shù)k和暴露在入射光束中的光柵寬度L，就可以求出光柵的分辨本領(lǐng)RkNk EQ F(L,d)   如果平行光與光柵平面成q角，如何測(cè)光柵常數(shù)d？答：如果單色平行光以光柵平面成q角入射，則單色平行光與光柵法線夾角為a=90-q，則

52、光柵方程為：d(sinj±sina)=k    (k=0、±1、±2)式中“+”號(hào)表示j與a在光柵法線同側(cè)，“-”號(hào)表示在異側(cè)。設(shè)j1、j2分別是光柵法線兩側(cè)的衍射角，對(duì)第一級(jí)光譜線k=1，有sinj2+sina=/d, sinj1-sina=/d. 將上兩式相加，得sinj1+sinj2=2/dd=2/( sinj1+sinj2)顯然，對(duì)于k1，只要把已知的和測(cè)出的j1和j2代入上式，就可求出光柵常數(shù)d。  實(shí)驗(yàn)七   偏振現(xiàn)象的觀察與分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 觀察光的偏振現(xiàn)象；2 了解偏振光

53、的產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法；3 測(cè)定布儒斯特角。儀器用具光具座、激光器、偏振片、1/2波片、1/4波片、刻度盤、玻璃片、光屏。重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。3、確定橢圓偏振光主軸方位角的方法德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理  偏振片可使自然光起偏，同時(shí)可對(duì)偏振光檢偏。  線偏振光經(jīng)1/2波片后仍為線偏振光，起振動(dòng)方向要選一角度。  橢圓或圓偏振光經(jīng)1/2波片

54、后仍為橢圓或圓偏振光，其旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生改變。  線偏振光的振動(dòng)面與晶偏的光軸布平行也布垂直時(shí)，經(jīng)1/4波片后成為線偏振光或橢圓偏振光。   入射光經(jīng)玻璃片后，反射光成為部分線偏振光。當(dāng)入射角改變，使得反射光與折射光正好垂直時(shí)，反射光變成完全線偏振光，此為布儒斯特定律，其偏這性可用偏振偏檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容  1 鑒別自然光和偏振光   在光具座上放置偏振片P1，讓激光通過(guò)P1，旋轉(zhuǎn)P1，通過(guò)光屏觀察光的強(qiáng)度變化，記下所觀察到的現(xiàn)象。          偏

55、振片P1的方位角    1450       2100      2300          光屏上光強(qiáng)的變化     很亮       最亮       較暗   2

56、偏振光的檢偏  在偏振片P2的后面放置偏振片P2，則P2成為檢偏器。固定P1，緩慢旋轉(zhuǎn)P2的角度，觀察屏上光強(qiáng)的變化，記下觀察到的現(xiàn)象。P2的方位角  30 51  90 120 150 180 210 229 240 270 300 光強(qiáng)變化     暗  消光  亮   亮   亮    暗   

57、; 暗  消光   亮     亮   亮  3 測(cè)量布儒斯特角0   調(diào)節(jié)P1和P2間的方位角，使得光屏上的光強(qiáng)最大，固定P2。在P1和P2之間裝上布儒斯特角測(cè)量裝置，用光屏接受反射光，仔細(xì)調(diào)節(jié)布儒斯特角測(cè)量裝置上玻璃片的角度和P1的方位角，使得反射光完全消光，記下玻璃片的角度2。再調(diào)節(jié)玻璃片的角度，使入射光與反射光重合，記下對(duì)應(yīng)的角度1，則布儒斯特角為0=2-1，玻璃的折射率n由下式?jīng)Q定    n=arcctg0測(cè)量三次，求平均值。次

58、0; 數(shù)123布儒斯特角 0=2-1337-228=54338-283=55340-283=570=55.3n=arcctg0=1.514實(shí)驗(yàn)八  顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡的使用實(shí)驗(yàn)?zāi)康?熟悉顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)造及其放大原理。2學(xué)會(huì)測(cè)定顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡放大率的方法。3掌握顯微鏡的正確使用方法，并學(xué)會(huì)利用顯微鏡測(cè)量微小長(zhǎng)度。實(shí)驗(yàn)儀器生物顯微鏡一臺(tái)  低倍望遠(yuǎn)鏡一支  單縫（附鐵架）  石英標(biāo)準(zhǔn)尺  光源（臺(tái)燈）移測(cè)顯微鏡一支  測(cè)微目鏡（附鐵架）  待測(cè)樣品（光刻板、光柵玻片） 重點(diǎn)難點(diǎn)：1、按實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程規(guī)范操作。2、動(dòng)手操作能力培養(yǎng)。德育滲透：1、培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)護(hù)儀器，保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)的意識(shí)。2、培養(yǎng)學(xué)生互相幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神教學(xué)方法1、講授法。2、演示法。3、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)法布置作業(yè)：1、數(shù)據(jù)處理。2、誤差分析3、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。4、預(yù)習(xí)下一個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求1測(cè)定望遠(yuǎn)鏡的放大率M.2利用顯微鏡配備的測(cè)微目鏡測(cè)量同一光柵的光