用成像系統(tǒng)觀測環(huán)實驗報告

1、實 驗級：F0703028報學 指導告號：5070309028：助教 18姓名：班實驗成績：批閱日期：同組姓名：高陽實驗日期：2008-3-24用 CCD 成像觀測環(huán)【實驗目的】1、在進一步熟悉光路調整的基礎上,用透射光觀察等候現(xiàn)象環(huán)2、學習利用現(xiàn)象測量平凹透鏡的曲率半徑【實驗原理】當用平行光照射環(huán)儀時,在球面與平接觸點周圍就形成了環(huán)。我們之間的可以用透射光來觀察這些環(huán)，由于空氣隙的邊界表面是彎曲的， 間距是不等的。如下圖：圖1 環(huán)原理圖在圖 2 中，一L 從左面照在距離為 d 的空氣楔處部分光 T1 在氣楔的左面邊界反射回去部分光 T2 通由于此處是從折射率大的平楔在氣楔的右面邊界有部分光

2、T3 反射回來， 面反射，所以包含一個相位變化部分光 T4 先從氣楔右邊界反射回來 然后又從氣楔的左面邊界反射回來，每一次反射均有一個相位變化（即半波損失）圖 2 表示兩光程差T2 和 T4 形成透射的原理和 2d 2形成亮紋的條件： n · （n = 1，2，3，表示條紋的級數(shù)），即 d=n 1 當二塊相接觸時 d = 0，中心形成亮紋。對于小的厚度 d，環(huán)即環(huán)的半徑可以用下式來計算r n 1 · R · n = 1，2，3當平凸透鏡與平式為：的接觸點受到輕壓時，我們必須相應修正上述公式，近似公d R d對于亮環(huán)r的關系如下：r n 1R · 2R &

3、#183; d1【實驗數(shù)據1、CCD 定標、實驗結果計算】x = 3.941(mm)表 1 夾縫寬度的原始數(shù)據取平均值后得到：L/x = 0.0084212、環(huán)的曲率半徑的測量表 2環(huán)的曲率半徑原始數(shù)據2條紋級數(shù) n環(huán)像 rn(像素)環(huán) rn(mm)2rn(mm2)5200.721.6902.8566219.681.8503.4227235.991.9873.9488253.262.1334.5509265.592.2375.00410279.962.3585.56011294.872.4836.16512307.802.5926.71813320.412.6987.27914331.812.

4、7947.806定標次數(shù)夾縫寬度（像素）L/x1468.010.0084212467.500.0084303468.520.008412根據圖像分析，保留了所有數(shù)據點，得到了 n - 1 與R圖像如下：圖 2環(huán)曲率半徑的擬合直線圖像ParameterValueErrorA B0.653220.55030.034170.00344RSDNP0.999840.0312710<0.0001最后計算得到：R B 933.8mm)Ad 3.498 10(mm)R3【對實驗結果中的現(xiàn)象或問題進行分析、討論】1、由于此實驗沒有標準結果,所以無法得知我們測量的數(shù)據誤差大小,但我們還是可以進行以下簡單的誤

5、差分析。我認為誤差主要出現(xiàn)對圖像的分析上，由于一開始的光環(huán)較粗，無法準確 與之相符的圓的位置。其次，CCD 定標時無法保證測量足夠準確，在作圖像分析由于人眼導致一定的誤差。最后，有一定的誤差可能存在于整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，例如凸透鏡的不穩(wěn)定性等等。2、在處理數(shù)據時，由于之前我做過測量聲速的實驗，又經過了一些思考，我認為這個實驗數(shù)據的處理也可以使用逐差法，經過計算得到了下面這個結果：表 3 逐差法處理環(huán)數(shù)據D R D 933.2mm)與使用作圖法做出的結果相差不多，可以看出在實驗中使用這兩種處理數(shù)據的方法均可。3、關于成像的一些討論，在這個實驗過程中，成像部分是此試驗的重點與難點， 如何能最快速的

6、得到我們所需要的最清晰最準確的圖像是我們最需要學習的。我們做實驗的時候也遇到了許多心等等，但通過調節(jié)物距與像距來，例如找不到圖像，圖像過大，圖像不在正中成像，以及調整攝像頭的位置來調整圖像等待方法，我們終于得到了較為滿意的圖像。4編號12345D2.8563.4223.9484.5505.004D5.5606.1656.7187.2797.806D2.7042.7432.7702.7292.802【思考題解答】1.對于同一環(huán)裝置，反射式環(huán)與透射式環(huán)有什么異同之處？光在被反射過程中，如果反射光在離開反射點時的振動方向對入射光到達入射點時的振動方向恰好相反，這種現(xiàn)象叫做半波損失。從波動理論知道，波

7、的振動方向相反相當于走（或少走）了半個波長的光程。入射光在光疏媒質中前進，遇到光密媒質界面時，產生半波損失，這只是對光的電場強度矢量的振動而言。如果入射光在光密媒質中前進，遇到光疏媒質的界面時，不產生半波損失。不論是掠射或垂射，折射光的振動方向相對于入射光的振動方向，永遠不發(fā)生半波損失。反射式環(huán)與透射式環(huán)。相同之處，都是明暗相間的環(huán)。不同之處，兩者間光程差相差半波長。也就是說反射的光程差rD R而透射式的光程差為rD R 2環(huán)的半徑，R 是球半徑，是波長。這樣的結果導致反射光中的亮其中，r 是圈半徑恰好等于透射光中的暗圈半徑。且反射式式正好相反。環(huán)中心的明暗正好與透射式2公式d d 中d 表示什么意義？Rd為平凸透鏡與平的擠壓產生的擠壓厚度誤差。3.當用白光照射時，環(huán)的反射條紋與單色光照射時有何不同？用一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到接處點為一暗點，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環(huán)；而用單色光照射時，則表現(xiàn)為一些明暗相間的單色圓圈。這些圓圈的距離不等，隨離中心點的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互而形成的條紋?！緦嶒灨邢搿窟@是我在整個物理基本試驗里選的第一個光學試驗，雖然這個實驗的原理比較簡單，但是它還是而更加深入的了解了了我很多光學實驗的一些基本技巧以及條件。