課時(shí)教案光學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、光學(xué)實(shí)驗(yàn)教案實(shí)驗(yàn)一 分光計(jì)的調(diào)節(jié)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私夥止庥?jì)的結(jié)構(gòu)，掌握調(diào)節(jié)和使用分光計(jì)的方法；【儀器和用具】分光計(jì)，三棱鏡。【實(shí)驗(yàn)原理】  分光計(jì)是一種能精確測(cè)量上述角度的典型光學(xué)儀器，經(jīng)常用來測(cè)量材料的折射率、色散率、光波波長(zhǎng)和進(jìn)行光譜觀測(cè)等。由于該裝置比較精密，控制部件較多而且操作復(fù)雜，所以使用時(shí)必須嚴(yán)格按照一定的規(guī)則和程序進(jìn)行調(diào)整，方能獲得較高精度的測(cè)量結(jié)果。圖26-3是JJY型分光計(jì)的結(jié)構(gòu)圖，它主要由自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡、平行光管、載物臺(tái)和讀數(shù)裝置組成?，F(xiàn)分別介紹如下：圖26-3 JJY型分光計(jì)結(jié)構(gòu)圖1.狹縫裝置；2.狹縫裝置鎖緊螺絲；3.平行光管；4.止動(dòng)架（二）；5.載物臺(tái)；6.載物

2、臺(tái)調(diào)節(jié)螺絲（共3只）；7.載物臺(tái)和游標(biāo)盤間鎖緊螺絲；8.望遠(yuǎn)鏡；9.目鏡筒鎖緊螺絲；10.阿貝式自準(zhǔn)目鏡；11.目鏡調(diào)焦手輪；12.望遠(yuǎn)鏡光軸傾斜調(diào)節(jié)螺絲；13.望遠(yuǎn)鏡光軸左右偏斜度調(diào)節(jié)螺絲；14.望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)螺絲；15.望遠(yuǎn)鏡和度盤間鎖緊螺絲；16.望遠(yuǎn)鏡止動(dòng)螺絲（另側(cè)）；17.止動(dòng)架（一）；18.底座；19.轉(zhuǎn)座；20.刻度盤；21.游標(biāo)盤；22.游標(biāo)盤微動(dòng)螺絲；23.游標(biāo)盤止動(dòng)螺絲；24.平行光管光軸左右偏斜度調(diào)節(jié)螺絲；25.平行光管光軸傾斜調(diào)節(jié)螺絲；26.狹縫寬度調(diào)節(jié)螺絲1.調(diào)節(jié)用叉絲；2.測(cè)量用叉絲；3.亮“十”字；4.綠色背景；5.亮“十”字的反射像圖26-5 分劃板像示意圖（1）自

3、準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡的作用是接收平行光以確定該光的傳播方向，結(jié)構(gòu)如圖26-4所示，它由目鏡、全反射棱鏡、叉絲分劃板和物鏡等組成。目鏡、全反射鏡和叉絲分劃板以及物鏡分別裝在可以前后移動(dòng)的個(gè)套筒中。分劃板上刻有雙十字叉絲和透光小“十”字刻線，即十字窗口，它和調(diào)節(jié)用叉絲相對(duì)于測(cè)量用叉絲對(duì)稱。圖26-5中畫出了視場(chǎng)中看到的分劃板像。照明燈泡發(fā)出的光經(jīng)棱鏡反射后，由十字窗口射出，以便進(jìn)行自準(zhǔn)調(diào)節(jié)。 （2）平行光管。平行光管的作用是產(chǎn)生平行光，如圖26-3中3所示，它的右端裝有消色差的復(fù)合物鏡，另一端是套筒，套筒末端有一寬度可調(diào)的狹縫裝置。前后移動(dòng)套筒可改變狹縫和物鏡之間的距離。當(dāng)狹縫位于物鏡的焦平面時(shí)，從

4、狹縫入射的光束經(jīng)物鏡后成為平行光束。整個(gè)平行光管與分光計(jì)的底座連接在一起，是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的。（3）載物平臺(tái)。載物臺(tái)是用來放置平面鏡、棱鏡、光柵等光學(xué)元件的。它下面有三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，用來調(diào)節(jié)載物臺(tái)的傾斜，使載物臺(tái)上的元件達(dá)到測(cè)量狀態(tài)的要求。載物臺(tái)和游標(biāo)盤一起可繞儀器軸旋轉(zhuǎn)。載物臺(tái)還可沿軸向升降，以適應(yīng)不同高度的待測(cè)元件。（4）讀數(shù)裝置。讀數(shù)裝置有內(nèi)外兩層盤，外盤為刻度盤（簡(jiǎn)稱度盤），它通過螺絲15鎖緊后，可和望遠(yuǎn)鏡相連，并能隨望遠(yuǎn)鏡一起繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。度盤上有把圓周等分為720份的刻線，格值為30。內(nèi)層為游標(biāo)盤，游標(biāo)上刻有30等份刻線，角寬為14.5°，格值為28，因此精度為1。圓游標(biāo)的讀數(shù)規(guī)則與

5、游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則相同，如圖26-6所示，讀數(shù)為116°13。圖26-6 分光計(jì)的讀數(shù)盤示意圖為了消除分光計(jì)的度盤中心與儀器轉(zhuǎn)軸不重合而產(chǎn)生的偏心差，在游標(biāo)盤某一直徑的兩端對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)讀數(shù)游標(biāo)。為了測(cè)定望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度，應(yīng)在望遠(yuǎn)鏡的初始位置記下兩游標(biāo)讀數(shù)和，再記下望遠(yuǎn)鏡在末位置時(shí)兩游標(biāo)的讀數(shù)和，則望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度為  （26-4）若轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)游標(biāo)零線越過了度盤上0°刻線，則應(yīng)在或上加360°。為了滿足測(cè)量要求和減小測(cè)量誤差，必須將分光計(jì)的觀察平面、光路面和讀數(shù)平面調(diào)到相互平行，而且共軸。【實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容】 1分光計(jì)的調(diào)整   （1）在進(jìn)行調(diào)整前

6、，應(yīng)先熟悉所使用的分光計(jì)中各調(diào)節(jié)螺絲的位置：  目鏡調(diào)焦(看清分劃板準(zhǔn)線)手輪。 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦(看清物體)調(diào)節(jié)手輪(或螺絲)。 調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低傾斜度的螺絲?？刂仆h(yuǎn)鏡(連同刻度盤)轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲。調(diào)整載物臺(tái)水平狀態(tài)的螺絲。控制載物臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲。調(diào)整平行光管上狹縫寬度的螺絲。調(diào)整平行光管高低傾斜度的螺絲。平行光管調(diào)焦的狹縫套筒制動(dòng)螺絲。 (2)目測(cè)粗調(diào)。將望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)、平行光管用目測(cè)粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直。(3)用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，使其聚焦于無窮遠(yuǎn)，具體調(diào)節(jié)如下： 調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦手輪，直到能夠清楚地看到分劃板“準(zhǔn)線”為止。接上照明小燈電源，打開開關(guān)，可在目鏡視場(chǎng)中看到如圖26-5

7、所示的分劃板像和帶有綠色小十字的窗口。 將三棱鏡或雙面鏡按圖26-8所示方位放置在載物臺(tái)上。這樣放置是出于這樣的考慮：注意放置方位，如圖放置則主要由一個(gè)螺釘控制一個(gè)反射面的傾斜。圖26-8三棱鏡或平面鏡的放置  沿望遠(yuǎn)鏡外側(cè)觀察可看到平面鏡內(nèi)有一亮十字，輕緩地轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)，亮十字也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。但若用望遠(yuǎn)鏡對(duì)著平面鏡看，往往看不到此亮十字，這說明從望遠(yuǎn)鏡射出的光沒有被平面鏡反射到望遠(yuǎn)鏡中。我們?nèi)詫⑼h(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)載物臺(tái)上的平面鏡，調(diào)節(jié)鏡面的俯仰，并轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)讓反射光返回望遠(yuǎn)鏡中，使由透明十字發(fā)出的光經(jīng)過物鏡后，再經(jīng)平面鏡反射，由物鏡再次聚焦，于是在分劃板上形成模糊的像斑。然后先調(diào)物鏡與分劃板間的

8、距離，再調(diào)分劃板與目鏡的距離使從目鏡中既能看清準(zhǔn)線，又能看清亮十字的反射像。注意使準(zhǔn)線與亮十字的反射像之間無視差，如有視差，則需反復(fù)調(diào)節(jié)，予以消除。如果沒有視差，說明望遠(yuǎn)鏡已聚焦于無窮遠(yuǎn)。  (4)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸，使之與分光計(jì)的中心軸垂直： 平行光管與望遠(yuǎn)鏡的光軸各代表入射光和出射光的方向。為了測(cè)準(zhǔn)角度，必須分別使它們的光軸與刻度盤平行?？潭缺P在制造時(shí)已垂直于分光計(jì)的中心軸。因此，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡與分光計(jì)的中心軸垂直時(shí)，就達(dá)到了與刻度盤平行的要求。具體調(diào)整方法為：平面鏡仍豎直置于載物臺(tái)上，使望遠(yuǎn)鏡分別對(duì)準(zhǔn)平面鏡前后兩鏡面，利用自準(zhǔn)法可以分別觀察到兩個(gè)亮十字的反射像。如果望遠(yuǎn)鏡的光軸

9、與分光計(jì)的中心軸相垂直，而且平面鏡反射面又與中心軸平行，則轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中可以兩次觀察到由平面鏡前后兩個(gè)面反射回來的亮十字像與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線完全重合，如圖26-9（c）所示。若望遠(yuǎn)鏡光軸與分光計(jì)中心軸不垂直，平面鏡反射面也不與中心軸相平行，則轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，從望遠(yuǎn)鏡中觀察到的兩個(gè)亮十字反射像必然不會(huì)同時(shí)與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合，而是一個(gè)偏低，一個(gè)偏高，甚至只能看到一個(gè)。這時(shí)應(yīng)先粗調(diào)：即先從望遠(yuǎn)鏡外面目測(cè)，調(diào)節(jié)到從望遠(yuǎn)鏡外側(cè)能觀察到兩個(gè)亮十字像。然后再細(xì)調(diào)：從望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中觀察，當(dāng)無論以平面鏡的哪一個(gè)反射面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，均能觀察到亮十字像。但如果從望遠(yuǎn)鏡中看到準(zhǔn)線與亮十字像不重合，

10、它們的交點(diǎn)在高低方面相差一段距離如圖26-9(a)所示。此時(shí)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲使差距減小為h/2，如圖26-9(b)所示。再調(diào)節(jié)載物臺(tái)下的水平調(diào)節(jié)螺絲，消除另一半距離，使準(zhǔn)線的上部十字線與亮十字線重合，如圖26-9(c)所示。再將載物臺(tái)旋轉(zhuǎn)180o ，使望遠(yuǎn)鏡對(duì)著平面鏡的另一面，采用同樣的方法調(diào)節(jié)。如此反復(fù)調(diào)整，直至轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，從平面鏡前后兩表面反射回來的亮十字像都能與分劃板準(zhǔn)線的上部十字線重合為止。這時(shí)望遠(yuǎn)鏡光軸和分光計(jì)的中心軸相垂直，常稱這種方法為逐次逼近各半調(diào)整法。圖26-9 亮十字像與分劃板準(zhǔn)線的位置   （5）調(diào)整平行光管  用前面已經(jīng)調(diào)整好的望遠(yuǎn)

11、鏡調(diào)節(jié)平行光管。當(dāng)平行光管射出平行光時(shí)，則狹縫成像于望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦平面上，在望遠(yuǎn)鏡中就能清楚地看到狹縫像，并與準(zhǔn)線無視差。具體如下：  調(diào)整平行光管產(chǎn)生平行光。取下載物臺(tái)上的平面鏡，關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡中的照明小燈，用汞燈照亮狹縫，從望遠(yuǎn)鏡中觀察來自平行光管的狹縫像，同時(shí)調(diào)節(jié)平行光管狹縫與透鏡間的距離，直至能在望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像為止，然后調(diào)節(jié)縫寬使望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)中的縫寬約為。 圖26-10 狹縫像與分劃位置  調(diào)節(jié)平行光管的光軸與分光計(jì)中心軸相垂直。望遠(yuǎn)鏡中看到清晰的狹縫像后，轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫至水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫水平像被分劃板的中央十字線上、下平分，如圖26-10(a)

12、所示。這時(shí)平行光管的光軸已與分光計(jì)中心軸相垂直。再把狹縫轉(zhuǎn)至鉛直位置，并需保持狹縫像最清晰而且無視差，位置如圖26-10(b)所示。  至此分光計(jì)已全部調(diào)整好，使用時(shí)必須注意分光計(jì)上除刻度圓盤制動(dòng)螺絲及其微調(diào)螺絲外，其它螺絲不能任意轉(zhuǎn)動(dòng)，否則將破壞分光計(jì)的工作條件，需要重新調(diào)節(jié)。 思考題()本實(shí)驗(yàn)對(duì)分光計(jì)的調(diào)整有何特殊要求？如何調(diào)節(jié)才能滿足測(cè)量要求？【注意事項(xiàng)】：    1、望遠(yuǎn)鏡、平行光管上的鏡頭，三棱鏡、平面鏡的鏡面不能用手摸、揩。如發(fā)現(xiàn)有塵埃時(shí)，應(yīng)該用鏡頭紙輕輕揩擦。三棱鏡、平面鏡不準(zhǔn)磕碰或跌落，以免損壞。2、分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，要

13、加倍愛護(hù)，不應(yīng)在制動(dòng)螺絲鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。3、在測(cè)量數(shù)據(jù)前務(wù)須檢查分光計(jì)的幾個(gè)制動(dòng)螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會(huì)不可靠。4、測(cè)量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺絲，以便提高工作效率和測(cè)量準(zhǔn)確度。5、在游標(biāo)讀數(shù)過程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中是否過了刻度的零點(diǎn)。6、調(diào)整時(shí)應(yīng)調(diào)整好一個(gè)方向，這時(shí)已調(diào)好部分的螺絲不能再隨便擰動(dòng)，否則會(huì)造成前功盡棄。7、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整是一個(gè)重點(diǎn)。首先轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡手輪看清分劃板上的十字線，而后伸縮目鏡筒看清亮十字。實(shí)驗(yàn)2 用牛頓環(huán)干涉測(cè)透鏡曲率半徑【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.掌握用牛頓環(huán)測(cè)定透鏡曲率半徑的方法；2.通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)等厚

14、干涉原理的理解；【儀器和用具】牛頓環(huán)、鈉光燈、讀數(shù)顯微鏡（帶45°反光玻璃片）【實(shí)驗(yàn)原理】將一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面放置在平板玻璃上，在透鏡凸面和平玻璃板之間就形成很薄的空氣層，其厚度從中心到邊緣逐漸增加，離接觸點(diǎn)等距離的地方，厚度相同。如圖1所示。若以波長(zhǎng)為的平行單色光垂直入射時(shí)，由空氣薄膜上下兩表面反射的兩束光在透鏡凸表面附近相遇發(fā)生等厚干涉，其干涉圖樣是以接觸點(diǎn)O為中心的一系列明暗交替的同心圓環(huán)（中心處是一個(gè)暗斑）。這些圓形干涉條紋是牛頓當(dāng)年在制作天文望遠(yuǎn)鏡時(shí)，偶然將一個(gè)望遠(yuǎn)鏡物鏡放在平板玻璃上發(fā)現(xiàn)的，故稱為牛頓環(huán)。 圖（17-1） 牛頓環(huán)干涉在干涉條紋上，光程差相等處

15、，是以接觸點(diǎn)O為中心，半徑為r的明暗相間的同心圓。設(shè)透鏡的曲率半徑為，形成的k級(jí)干涉暗紋的半徑為，空氣膜厚度為d。由圖中的幾何關(guān)系可得： 由此得 （17-1）因 R»d（R為幾米，d為幾分之一厘米）， 所以 （17-2）空氣膜上下兩表面反射回去的兩束光的光程差為 （17-3）式中為入射光的波長(zhǎng)，/2項(xiàng)是光在下表面反射時(shí)產(chǎn)生的半波損失，或稱為額外光程差。 在反射光中觀察到亮環(huán)紋時(shí)有 （17-4） 在反射光中觀察到暗環(huán)紋時(shí)有 （17-5）由此得： （17-6） 或 （17-7）如果已知入射光的波長(zhǎng)，并測(cè)得第級(jí)暗紋的半徑，則可由式（17-6）算出透鏡的曲率半徑。但實(shí)際上在觀察牛頓環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)，

16、牛頓環(huán)的中心不是一個(gè)幾何點(diǎn)，而是一個(gè)不甚清晰的暗的或亮的圓斑。其原因是透鏡和平玻璃板接觸時(shí)，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面；又鏡面上可能有微小灰塵等存在，從而引起附加的光程差。所以牛頓環(huán)的圓心難以定位，且絕對(duì)干涉級(jí)次無法確定。故實(shí)驗(yàn)中采用以下方法來測(cè)定曲率半徑。為了減少誤差，必須測(cè)量距中心較遠(yuǎn)的、比較清晰的兩個(gè)環(huán)紋的半徑，例如測(cè)量出第個(gè)和第個(gè)暗環(huán)的半徑（、均為環(huán)序數(shù)，不一定是干涉級(jí)數(shù)），因而式（17-6）或（17-7）可修正為 （17-8）或 （17-9）式中、為環(huán)序數(shù)，、為干涉級(jí)數(shù)（為干涉修正值），于是有 （17-10）上式表明，任意兩環(huán)的半徑平方差和干涉級(jí)以及環(huán)序數(shù)無關(guān)，而只與兩個(gè)

17、環(huán)的序數(shù)之差有關(guān)。因此，只要精確測(cè)定兩個(gè)環(huán)的半徑，由兩個(gè)半徑的平方差就可準(zhǔn)確的算出透鏡的曲率半徑，即 （17-11）又因暗環(huán)圓心不易確定，故取暗環(huán)的直徑替換，得 （17-12）因而，透鏡的曲率半徑為 （17-13）圖（17-2） 牛頓環(huán)儀裝置圖實(shí)驗(yàn)用的牛頓環(huán)儀是由曲率半徑約為200700厘米的待測(cè)平凸透鏡L和磨光的平玻璃板P疊合裝在金屬框架F中構(gòu)成，如圖（17-2）所示?？蚣苓吷嫌腥齻€(gè)螺旋H，用來調(diào)節(jié)L和P之間的接觸，以改變干涉條紋的形狀和位置。調(diào)節(jié)H時(shí)，螺旋不可旋得過緊，以免接觸壓力過大引起透鏡彈性形變，甚至損壞透鏡?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1. 調(diào)整測(cè)量裝置(1) 借助室內(nèi)燈光，用眼睛直接觀察牛

18、頓環(huán)，調(diào)節(jié)框上的螺旋使干涉環(huán)呈圓形，并位于透鏡的中心，但要注意不能擰緊螺旋。(2) 將儀器按圖（17-3）所示裝置好，直接使用單色擴(kuò)展光源鈉光燈照明，由光源S發(fā)出的光照射到45°玻璃片G上，使一部分光由G反射進(jìn)入牛頓環(huán)儀，調(diào)節(jié)玻璃片G，使顯微鏡視場(chǎng)中亮度最大。圖（17-3） 牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置圖(3) 調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡M的目鏡，使目鏡中看到的叉絲最為清晰，將讀數(shù)顯微鏡對(duì)準(zhǔn)牛頓環(huán)儀的中心，從下向上移動(dòng)鏡筒，對(duì)干涉條紋進(jìn)行調(diào)焦，使看到的環(huán)紋盡可能清晰，并與顯微鏡的測(cè)量叉絲之間無視差。測(cè)量時(shí)，顯微鏡的叉絲最好調(diào)節(jié)成其中一根叉絲與顯微鏡的移動(dòng)方向相垂直，移動(dòng)時(shí)始終保持這根叉絲與干涉環(huán)紋相切，這樣便

19、于觀察測(cè)量。2. 觀察干涉條紋的分布特征各級(jí)條紋的粗細(xì)是否一致，條紋間隔有無變化？觀察牛頓環(huán)中心是亮斑還是暗斑？若是亮斑，如何解釋？用擦鏡紙仔細(xì)地將接觸的兩個(gè)表面擦干凈，可使中心呈暗斑。3. 測(cè)量牛頓環(huán)的直徑（1）粗調(diào)儀器，移動(dòng)牛頓環(huán)裝置，使十字準(zhǔn)線（叉絲）的交點(diǎn)與牛頓環(huán)中心重合。（2）放松目鏡緊固螺絲（該螺絲應(yīng)始終對(duì)準(zhǔn)槽口），轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡使十字準(zhǔn)線中的一條線與標(biāo)尺平行，即與鏡筒移動(dòng)方向平行。（3）轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)鼓輪，鏡筒將沿著標(biāo)尺平行移動(dòng)，檢查十字準(zhǔn)線中豎線與干涉環(huán)的切點(diǎn)是否與十字準(zhǔn)線交點(diǎn)重合，若不重合，按步驟（）、（）再仔細(xì)調(diào)節(jié)（檢查左右兩側(cè)測(cè)量區(qū)域）。圖（17-4） 在測(cè)微目鏡中觀測(cè)干涉

20、環(huán)紋（4）轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪，觀察十字準(zhǔn)線從中央緩慢向左（或向右）移至（m+1）環(huán)。注意不宜太小，一般取大于3。建議采集牛頓環(huán)第11圈到第20-30圈范圍內(nèi)的各暗環(huán)的直徑數(shù)據(jù)（靠近中心的幾圈因形變較大不宜采集），（5）然后反方向自（m+1）環(huán)向右(或向左)移動(dòng)，當(dāng)十字準(zhǔn)線豎線與第m環(huán)外側(cè)相切時(shí)，記錄讀數(shù)顯微鏡上的位置讀數(shù)。圖（17-4）中某一條豎直的虛線即是叉絲與環(huán)紋相切的情形。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使豎線依次與（m-1）（m-2）、（m-3）、。、（m-2n+1）環(huán)外側(cè)相切，并記錄讀數(shù)。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，并注意讀出環(huán)的順序，直到十字準(zhǔn)線回到牛頓環(huán)中心。（6）繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪，越過干涉圓環(huán)中心，記錄

21、十字準(zhǔn)線與右邊（或左邊）第（m-2n+1）、（m-2n+2）、（m-2n+3）、。（m-1）、m環(huán)外切時(shí)的讀數(shù)。（7）用逐差法處理所得數(shù)據(jù)，求出直徑平方差的平均值，代入式（ 17-13）計(jì)算透鏡的曲率半徑R?！咀⒁馐马?xiàng)】1. 牛頓環(huán)裝置安放的位置與讀數(shù)顯微鏡的第一次讀數(shù)位置要調(diào)整好，避免在測(cè)量了一部分?jǐn)?shù)據(jù)后，由于環(huán)紋超出量程之外無法繼續(xù)測(cè)量。因此在正式測(cè)量前，應(yīng)先作定性觀察和調(diào)整，然后再作定量測(cè)量。2. 為了防止空程差，每次測(cè)量時(shí)，鼓輪應(yīng)沿著同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，不得中途反向；若旋轉(zhuǎn)過頭，必須退回幾圈，再?gòu)脑较蛐D(zhuǎn)推進(jìn)，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)后重新測(cè)量。 3.望遠(yuǎn)鏡的調(diào)節(jié)：從低處往高處調(diào)節(jié)。 4.牛頓環(huán)的調(diào)節(jié)：

22、不可太用力，輕微轉(zhuǎn)動(dòng)螺絲。 5.鈉燈的使用注意事項(xiàng)：需要預(yù)熱，在實(shí)驗(yàn)完成后才可關(guān)閉鈉燈。 6.讀牛頓環(huán)直徑的時(shí)候，如讀取第m級(jí)暗環(huán)的直徑時(shí)，應(yīng)將叉絲移動(dòng)到第m+5級(jí)暗環(huán)后再移動(dòng)回到第m級(jí)暗環(huán)，與暗環(huán)外部相切，讀取數(shù)值?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表 各暗環(huán)讀數(shù) 單位mm右側(cè)各環(huán)位置讀數(shù)L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14左側(cè)各環(huán)位置讀數(shù)L5L6L7L8L9L10L11L12L13L14直徑Di數(shù)據(jù)處理：采用逐差法mn=5 平均值：誤差分析：本實(shí)驗(yàn)儀器給出的牛頓環(huán)平凸透鏡曲率半徑為868.5mm。絕對(duì)誤差： 相對(duì)誤差： 實(shí)驗(yàn)3 用分光計(jì)測(cè)定棱鏡的折射率【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?繼續(xù)熟悉分光計(jì)的結(jié)

23、構(gòu)，掌握調(diào)節(jié)和使用分光計(jì)的方法；2加深對(duì)光的衍射以及光柵分光作用的基本原理的理解；3學(xué)會(huì)用透射光柵測(cè)定光的波長(zhǎng)、光柵常數(shù)以及角色散的方法。【儀器和用具】分光計(jì)，三棱鏡，平面透射光柵，汞燈。【實(shí)驗(yàn)原理】載物臺(tái)是用來放置平面鏡、棱鏡、光柵等光學(xué)元件的。它下面有三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，用來調(diào)節(jié)載物臺(tái)的傾斜，使載物臺(tái)上的元件達(dá)到測(cè)量狀態(tài)的要求。載物臺(tái)和游標(biāo)盤一起可繞儀器軸旋轉(zhuǎn)。載物臺(tái)還可沿軸向升降，以適應(yīng)不同高度的待測(cè)元件。讀數(shù)裝置有內(nèi)外兩層盤，外盤為刻度盤（簡(jiǎn)稱度盤），它通過螺絲15鎖緊后，可和望遠(yuǎn)鏡相連，并能隨望遠(yuǎn)鏡一起繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。度盤上有把圓周等分為720份的刻線，格值為30。內(nèi)層為游標(biāo)盤，游標(biāo)上刻有30等

24、份刻線，角寬為14.5°，格值為28，因此精度為1。圓游標(biāo)的讀數(shù)規(guī)則與游標(biāo)卡尺的讀數(shù)規(guī)則相同，如圖26-6所示，讀數(shù)為116°13。圖26-6 分光計(jì)的讀數(shù)盤示意圖為了消除分光計(jì)的度盤中心與儀器轉(zhuǎn)軸不重合而產(chǎn)生的偏心差，在游標(biāo)盤某一直徑的兩端對(duì)稱地設(shè)置了兩個(gè)讀數(shù)游標(biāo)。為了測(cè)定望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度，應(yīng)在望遠(yuǎn)鏡的初始位置記下兩游標(biāo)讀數(shù)和，再記下望遠(yuǎn)鏡在末位置時(shí)兩游標(biāo)的讀數(shù)和，則望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)過的角度為  （26-4）若轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)游標(biāo)零線越過了度盤上0°刻線，則應(yīng)在或上加360°。為了滿足測(cè)量要求和減小測(cè)量誤差，必須將分光計(jì)的觀察平面、光路面和讀數(shù)平面調(diào)到相互平行

25、，而且共軸?！緦?shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容】 1分光計(jì)的調(diào)整   （1）在進(jìn)行調(diào)整前，應(yīng)先熟悉所使用的分光計(jì)中各調(diào)節(jié)螺絲的位置： (2)目測(cè)粗調(diào)。將望遠(yuǎn)鏡、載物臺(tái)、平行光管用目測(cè)粗調(diào)成水平，并與中心軸垂直。(3)用自準(zhǔn)法調(diào)整望遠(yuǎn)鏡，使其聚焦于無窮遠(yuǎn)。   (4)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡光軸，使之與分光計(jì)的中心軸垂直。  （5）調(diào)整平行光管  2.光柵位置的調(diào)節(jié)及光譜觀察 （1）將光柵按圖26-11所示置于載物臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)，并調(diào)節(jié)平臺(tái)傾斜螺絲，使望遠(yuǎn)鏡筒中從光柵面反射回來的綠色亮十字像與分劃板上方的十字叉絲重合且無視差。再將載物臺(tái)連同光柵轉(zhuǎn)過180o，重復(fù)以上步驟，如此

26、反復(fù)數(shù)次，使綠色亮十字像始終和分劃板上方十字叉絲重合。 圖 26-11 光柵的位置（2）點(diǎn)燃汞燈，將平行光管的豎直狹縫均勻照亮，調(diào)節(jié)平行光管的狹縫寬度，使望遠(yuǎn)鏡中分劃板上的中央豎直準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)狹縫象。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡筒，在光柵法線兩側(cè)觀察各級(jí)衍射光譜，調(diào)節(jié)平臺(tái)的三個(gè)支撐螺螺釘、和，使各級(jí)光譜線等高。這時(shí)，光柵的刻紋即平行于儀器的主軸。固定載物平臺(tái)，在整個(gè)測(cè)量過程中載物平臺(tái)及其上面的光柵位置不可再變動(dòng)。 （3）左右轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡仔細(xì)觀察譜線的分布規(guī)律。在譜線中，中央為白亮線（的狹縫像），其兩旁各有兩級(jí)紫、藍(lán)、綠、黃的譜線。3. 測(cè)定衍射角（1）旋緊游標(biāo)盤制動(dòng)螺絲，固定游標(biāo)盤位置，放松望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡

27、（連同刻度盤），從光柵的法線（零級(jí)光譜亮條紋）起沿一方向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡筒，使望遠(yuǎn)鏡中叉絲依次與第一級(jí)衍射光譜中的各級(jí)譜線重合，記下此時(shí)與每一譜線對(duì)應(yīng)的兩對(duì)稱游標(biāo)上指示的讀數(shù)和。再反向轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，越過法線，至另一各級(jí)譜線進(jìn)行同樣的測(cè)量得和。對(duì)應(yīng)同一級(jí)譜線的兩次角坐標(biāo)之差，即為該譜線衍射角的2倍。可得            （26-5）（2）重復(fù)上述步驟三次，由（26-5）式，求出平均值。列表記錄所有的數(shù)據(jù)，表格自擬。4. 數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)原理：自準(zhǔn)法測(cè)量三棱鏡的頂角實(shí)驗(yàn)內(nèi)容數(shù)據(jù)及處理測(cè)頂角A：調(diào)節(jié)0

28、76;刻度線在望遠(yuǎn)鏡正下方時(shí)，有數(shù)據(jù)位置左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)差值III測(cè)最小偏向角：調(diào)節(jié)0°刻度線在望遠(yuǎn)鏡正下方時(shí)，有數(shù)據(jù)位置左游標(biāo)讀數(shù)右游標(biāo)讀數(shù)差值ICmII Dm【注意事項(xiàng)】：  1、望遠(yuǎn)鏡、平行光管上的鏡頭，三棱鏡、平面鏡的鏡面不能用手摸、揩。如發(fā)現(xiàn)有塵埃時(shí)，應(yīng)該用鏡頭紙輕輕揩擦。  2、分光計(jì)是較精密的光學(xué)儀器，要加倍愛護(hù)，不應(yīng)在制動(dòng)螺絲鎖緊時(shí)強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，也不要隨意擰動(dòng)狹縫。  3、在測(cè)量數(shù)據(jù)前務(wù)須檢查分光計(jì)的幾個(gè)制動(dòng)螺絲是否鎖緊，若未鎖緊，取得的數(shù)據(jù)會(huì)不可靠。  4、測(cè)量中應(yīng)正確使用望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)的微調(diào)螺

29、絲，以便提高工作效率和測(cè)量準(zhǔn)確度。  5、在游標(biāo)讀數(shù)過程中，由于望遠(yuǎn)鏡可能位于任何方位，故應(yīng)注意望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)過程中是否過了刻度的零點(diǎn)。  6、調(diào)整時(shí)應(yīng)調(diào)整好一個(gè)方向，這時(shí)已調(diào)好部分的螺絲不能再隨便擰動(dòng)，否則會(huì)造成前功盡棄。7、望遠(yuǎn)鏡的調(diào)整是一個(gè)重點(diǎn)。首先轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡手輪看清分劃板上的十字線，而后伸縮目鏡筒看清亮十字。實(shí)驗(yàn)4 偏振現(xiàn)象的觀察與分析【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?掌握產(chǎn)生和觀察、檢驗(yàn)偏振光的方法。 2對(duì)線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光進(jìn)行分析和檢驗(yàn)，了解產(chǎn)生與檢驗(yàn)偏振光的元件和儀器。 【儀器和用具】玻璃片和架，鈉光燈或激光器，光具座或光學(xué)平臺(tái)，偏振片，半波片、1/4波片，減光板

30、或光闌，手電。【實(shí)驗(yàn)原理】1光的偏振態(tài)圖30-1振動(dòng)方向和波的傳播方向相同，這種波稱為縱波；若波的振動(dòng)方向和傳播方向相互垂直，這種波稱為橫波?？v波的振動(dòng)對(duì)傳播方向具有對(duì)稱性，即通過波的傳播方向所作的所有平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況都相同，其中沒有一個(gè)平面顯示出比其他任何平面特殊。而對(duì)橫波來說，通過波的傳播方向且包含振動(dòng)矢量的那個(gè)平面顯然和其他不包含振動(dòng)矢量的任何平面有區(qū)別，這通常稱為波的振動(dòng)方向?qū)鞑シ较驔]有對(duì)稱性。振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振。它是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因而是橫波，光的電矢量的振動(dòng)方向，相對(duì)于光的傳播方向是不對(duì)稱的，即光有偏振現(xiàn)象

31、。光的偏振現(xiàn)象是馬呂斯（1775-1812）在1808年發(fā)現(xiàn)的。2產(chǎn)生平面偏振光的方法  將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏。起偏的裝置稱為起偏器。產(chǎn)生平面偏振光的方法有：反射產(chǎn)生偏振、選擇性吸收產(chǎn)生偏振、雙折射產(chǎn)生偏振和多次折射產(chǎn)生偏振。（）非金屬表面的反射和折射圖35-2如圖30-1所示，當(dāng)自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為部分偏振光，所謂部分偏振光是指電矢量在某一確定的方向上光振動(dòng)的振幅大于與該方向垂直的另一方向上的振幅。在此基礎(chǔ)上，逐漸增大入射角，當(dāng)入射角達(dá)到某一特定角時(shí)，反射光將成為完全偏振光。其偏振面垂直于入射面。這時(shí)將角稱為起偏角，由

32、布儒斯特定律（Brewster）得：tan= （30-1）根據(jù)式（30-1），可以簡(jiǎn)單地利用玻璃起偏，也可以用于測(cè)定物質(zhì)的折射率。從空氣入射到介質(zhì)，一般起偏角在到之間。單色自然光e光O光晶體的截面圖30-3 晶體的雙折射現(xiàn)象 (2) 利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性制成的偏振片，可以吸收某一振動(dòng)方向的光，而與此方向垂直振動(dòng)的光則能透過，如圖30-2。偏振片可以制造成很大的面積，從而獲得較寬廣的偏振光束。但由于吸收不完全，所得的偏振光只能達(dá)到一定的偏振度。偏振片也可作檢偏器使用。鑒別光的偏振狀態(tài)叫檢偏，用作檢偏的儀器或元件叫檢偏器。自然光、部分偏振光和線偏振光通過偏振片時(shí)，在垂直光線傳

33、播方向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，可觀察到不同的現(xiàn)象，旋轉(zhuǎn)，光強(qiáng)不變，為自然光；旋轉(zhuǎn)，無全暗位置，但光強(qiáng)變化，為部分偏振光；旋轉(zhuǎn)，可找到全暗位置，為線偏振光。    (3)由晶體的雙折射產(chǎn)生偏振光。如圖30-3所示，一束單色自然光垂直入射于某些各向異性晶體的表面，進(jìn)入晶體后，變?yōu)閮墒鈨墒矫嫫竦墓猓簩こ９?光)和非常光（光），并以不同的速度在晶體內(nèi)傳播。尋常光(光)的振動(dòng)垂直于光的傳播方向和光軸方向所定的平面(主平面)，不遵從折射定律的非常光(光)的振動(dòng)則在主平面內(nèi)。可用某種方法使兩束光分開，除去其中之一束，剩下的一束就是平面圖偏振光。 圖30-4 用玻璃片堆產(chǎn)生平

34、面偏振光（4）多次折射產(chǎn)生偏振。如圖30-4所示，當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到一疊玻璃片堆時(shí)，各層反射光全部是振動(dòng)面垂直于入射面的完全偏振光。同時(shí)折射光中的垂直于入射面的振動(dòng)成分也被各層玻璃面不斷反射，而使折射光的偏振化程度逐漸增加。玻璃片越多則折射光越接近完全偏振光。當(dāng)玻璃片足夠多時(shí)，則可近似地把透過玻璃片堆的光看成振動(dòng)面平行于入射面的完全偏振光。2橢圓偏振光、圓偏振光和波片圖 30-5波片是從單軸晶體中切割下來的平面平行板，其表面平行于光軸。波片有正晶體或負(fù)晶體之分，能使相互垂直振動(dòng)的平面偏振光產(chǎn)生一定相位差，根據(jù)產(chǎn)生的不同相位差，又可以分為全波片、半波片和1/4波片。如圖30-5所示，當(dāng)平面偏振光垂直射入一塊表面平行于光軸的雙折射晶片時(shí)，將分為光和光兩部分，其振幅分別為和,它們的傳播方向一致，但振動(dòng)方向平行于光軸的光與振動(dòng)方向垂直于光軸的光在晶體中速度不同，因而產(chǎn)生了位相差： （30-2）圓或橢圓偏振光圖30-6式中為晶片厚度，和分別為晶體中光和光的折射率。在負(fù)晶體中，光位相推遲，在正晶體中，光位相推遲。 (1) 全波片：如果晶片的厚度使產(chǎn)生的相位差即位相差時(shí)，出射光為平面偏振光，振動(dòng)方向與原入射光相同。滿足此條件的波片為全波片。