《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》第六部分 16-28

PAGEPAGE2424.16邁克耳遜干涉儀的調(diào)整與使用干涉儀是根據(jù)光的干涉原理制成的一種進(jìn)行精密測(cè)量的儀器，在科學(xué)技術(shù)上有著廣泛的應(yīng)用。干涉儀的形式很多，邁克耳遜干涉儀就是其中的一種。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)，學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)方法。2.利用點(diǎn)光源產(chǎn)生的同心圓干涉條紋測(cè)量單色光的波長。【實(shí)驗(yàn)原理】1.邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)與光路=1\*GB2⑴、邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)圖4-16-1邁克耳遜干涉儀實(shí)物圖邁克耳遜干涉儀的結(jié)構(gòu)如圖4-16-1所示，和是兩面經(jīng)精細(xì)磨光的平面反射鏡，是固定的，是活動(dòng)的——松開鎖緊螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)粗手動(dòng)輪，能在精密導(dǎo)軌上前后移動(dòng)，的鏡面垂直于移動(dòng)方向，當(dāng)粗動(dòng)手輪對(duì)準(zhǔn)某一刻線，微動(dòng)手輪=10\*GB2⑽對(duì)準(zhǔn)零時(shí)，將粗動(dòng)手輪用螺釘鎖緊，這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪，在精密導(dǎo)軌上作微小移動(dòng)。在兩種情況下，移過的距離可由導(dǎo)軌標(biāo)尺，以及粗動(dòng)手輪和微動(dòng)手輪上的刻度讀出。圖4-16-1邁克耳遜干涉儀實(shí)物圖和是兩塊材料、厚度一樣的平行平面玻璃。在的一個(gè)表面上鍍有半透明的鉻（或鋁）層，使射到它上面的光一半反射，另一半透射，稱之為分光板。，相互平行，且與成45?，調(diào)節(jié)M1可使它與互相垂直或成某一角度。調(diào)節(jié)時(shí)，粗調(diào)用背后三個(gè)（）螺絲進(jìn)行，細(xì)調(diào)用下面的兩個(gè)互相垂直、有彈簧的微動(dòng)螺絲“8”和“9”進(jìn)行。圖4-16-2邁克耳遜干涉儀的光路圖圖4-16-3相干光束=2\*GB2⑵、邁克耳遜干涉儀的光路圖如圖4-16-2所示。光源上一點(diǎn)發(fā)出的光線射到半透明層上被分為兩部分：光線“1”和“2”。光線“2”射到上被反射回來后，透過到達(dá)處。光線“1”透過射到，被反射回來后再透過圖4-16-2邁克耳遜干涉儀的光路圖圖4-16-3射到K上，再被K反射而到達(dá)處。這兩條光線是由一條光線分出來的，所以它們是相干光。如果沒有，光線“2”到達(dá)E時(shí)通過玻璃片三次，光線“1”通過僅一次，這樣兩束光到達(dá)E時(shí)會(huì)存在較大的光程差。放上后，使光線“1”又通過玻璃片兩次，這樣就補(bǔ)償了光線“1”到達(dá)E時(shí)光路中所缺少的光程。所以，通常將稱為補(bǔ)償片。光線“1”也可看作是從在半透明鉻層中的虛像反射來的。在研究干涉時(shí)，與是等效的。2.干涉條紋的圖樣在邁克耳遜干涉儀中，由、反射出來的光是兩束相干光，和可看作是兩個(gè)相干光光源，因此在邁克耳遜干涉儀中可觀察到：=1\*GB2⑴、點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉條紋。=2\*GB2⑵、點(diǎn)、面光源等頃干涉條紋。=3\*GB2⑶、面光源等厚干涉條紋。本實(shí)驗(yàn)主要觀察第=1\*GB2⑴種干涉條紋，并利用這種條紋進(jìn)行氦氖激光波長的測(cè)量。觀察第=2\*GB2⑵、=3\*GB2⑶種干涉條紋可作為選做內(nèi)容.點(diǎn)光源產(chǎn)生的非定域干涉圖樣是這樣形成的：凸透鏡匯聚后的激光束，是一個(gè)線度小、強(qiáng)度足夠大的點(diǎn)光源。點(diǎn)光源經(jīng)，反射后，相當(dāng)于由兩個(gè)虛光源，發(fā)出的相干光束（如圖4-16-3所示），但和間的距離為M1和M2間距的兩倍，即等于2d。虛光源，發(fā)出的球面波在它們相遇的空間處處相干，因此這種干涉現(xiàn)象是非定域的干涉圖樣。若用平面屏觀察干涉圖樣，不同的地點(diǎn)可以觀察到圓、橢圓、雙曲線、直線狀的條紋（在邁克耳遜干涉儀的實(shí)際情況下，放置屏的空間是有限的，只有圓和橢圓容易出現(xiàn)）。通常，把屏E放在垂直與連線的處，對(duì)應(yīng)的干涉圖樣是一組同心圓，圓心在延長線和屏的交點(diǎn)上。由到屏上任一點(diǎn)，兩光線的光程差為4-16-1通常，利用展開式取前兩項(xiàng)，可將式4-16-1改寫成由圖4-16-3的三角關(guān)系，上式可改寫成4-16-2略去二級(jí)無窮小項(xiàng)，可得4-16-3（明紋）4-16-4（暗紋）這種由點(diǎn)光源產(chǎn)生的圓環(huán)狀干涉條紋，無論將觀察屏E沿方向移動(dòng)到什么位置都可以看到。由式（4-16-4）可知：①當(dāng)時(shí)的最大，即圓心所對(duì)應(yīng)的干涉級(jí)別最高。搖動(dòng)手輪而移動(dòng)，當(dāng)增加時(shí)，相當(dāng)于減小了和k相應(yīng)的角（或圓錐角），可以看到圓環(huán)一個(gè)個(gè)從中心“涌出”而后往外擴(kuò)張；若減小時(shí)，圓環(huán)逐漸縮小，最后“淹沒”在中心處。每“涌出”或“淹沒”一個(gè)圓環(huán)，相當(dāng)于的光程差改變了一個(gè)波長。設(shè)移動(dòng)了距離，相應(yīng)地“涌出”或“淹沒”的圓環(huán)數(shù)為，則4-16-5從儀器上讀出及數(shù)出相應(yīng)的N，就可以測(cè)出光波的波長。②增大時(shí)，光程差Δ每改變一個(gè)波長所需的的變化值減小，即兩亮環(huán)（或兩暗環(huán)）之間的間隔變小，看上去條紋變細(xì)變密。反之，減小時(shí)，條紋變粗變疏。③若將作為標(biāo)準(zhǔn)值，測(cè)出“涌出”（或“淹沒”）個(gè)圓環(huán)時(shí)的（移動(dòng)的距離）與由式（4-16-5）算出的理論值比較，可以校準(zhǔn)儀器傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差。④若以傳動(dòng)系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，則由N和可測(cè)定單色光源的波長，實(shí)驗(yàn)時(shí)，光源都有一定體積，要獲得一個(gè)比較理想的點(diǎn)光源，實(shí)驗(yàn)中往往用光闌和透鏡將光束改變成較為理想的發(fā)散光束?！緦?shí)驗(yàn)儀器】邁克耳遜干涉儀、氦氖激光器、擴(kuò)束鏡。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、儀器和非定域干涉條紋的調(diào)節(jié)：圖4-16-4微調(diào)螺旋測(cè)微裝置1，粗調(diào)手輪；2，鎖緊螺釘；3，粗調(diào)手柄；4，微調(diào)手輪=1\*GB2⑴、使氦氖激光束大致垂直于，即調(diào)節(jié)氦氖激光器高低左右位置，使反射回來的光束按原路返回（如圖圖4-16-41，粗調(diào)手輪；2，鎖緊螺釘；3，粗調(diào)手柄；4，微調(diào)手輪=2\*GB2⑵、裝上觀察屏，可看到分別由和反射到屏的兩排光點(diǎn)，每排4個(gè)光點(diǎn)，中間兩個(gè)較亮，旁邊兩個(gè)較暗。調(diào)節(jié)和背面的3個(gè)螺釘，使兩排光點(diǎn)一一重合，這時(shí)與大致互相垂直。=3\*GB2⑶、在氦氖激光器實(shí)際光路中加進(jìn)擴(kuò)束器（短焦距透鏡），擴(kuò)束光照在上，此時(shí)在屏上就會(huì)出現(xiàn)干涉條紋，再調(diào)節(jié)細(xì)調(diào)拉簧微調(diào)螺釘（圖4-16-1中的8，9），直到能看到位置適中、清晰的圓環(huán)狀非定域干涉條紋。=4\*GB2⑷、觀察條紋變化。旋松刻度輪端面上鎖緊螺釘“2”（如圖4-16-4所示），轉(zhuǎn)動(dòng)手柄“3”，可看到條紋上“涌出”或“淹沒”。判別之間的距離是變大還是變小，觀察條紋粗細(xì)、疏密和的關(guān)系。2．測(cè)量氦氖激光波長=1\*GB2⑴、讀數(shù)刻度基準(zhǔn)線的調(diào)整。旋松鎖緊螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使讀數(shù)基準(zhǔn)線與刻度鼓輪上某一刻度線對(duì)準(zhǔn)（例如與70線對(duì)準(zhǔn)），轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)讀數(shù)鼓輪=4\*GB2⑷，使零刻度線對(duì)準(zhǔn)基準(zhǔn)線。=2\*GB2⑵、微微旋緊螺釘后，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，可以清晰地看到條紋一個(gè)一個(gè)地“涌出”或“淹沒”。待操作熟練后開始測(cè)量，記下刻度輪和微調(diào)輪上的初讀數(shù)d1，每當(dāng)“涌出”或“淹沒”個(gè)條紋時(shí)，記下d，連續(xù)測(cè)量10次，將這10個(gè)d值分成兩組填入表4-16-1中（注意；前5個(gè)填入欄，后5個(gè)填入欄）。=3\*GB2⑶、用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算波長?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】表4-16-1單色光波長的測(cè)定數(shù)據(jù)移動(dòng)條文數(shù)目/個(gè)050100150200反射鏡位置移動(dòng)條文數(shù)目/個(gè)250300350400450反射鏡位置條文數(shù)目差/個(gè)250250250250250反射鏡位置差波長平均值標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算波長的不確定度：測(cè)量結(jié)果：測(cè)量值與公認(rèn)值相對(duì)誤差：（實(shí)驗(yàn)室給出標(biāo)準(zhǔn)值）【注意事項(xiàng)】1.邁克耳遜干涉儀是精密光學(xué)儀器，絕對(duì)不能用手觸摸各光學(xué)元件。2.調(diào)節(jié)M1背面螺釘和微調(diào)螺釘時(shí)均應(yīng)緩緩旋轉(zhuǎn)。3.不要讓激光直射入眼?！舅伎碱}】根據(jù)邁克耳遜干涉儀的光路，說明各光學(xué)元件的作用。什么是非定域干涉條紋？簡述調(diào)出非定域干涉條紋的條件和程序。實(shí)驗(yàn)中如何利用干涉條紋測(cè)出單色光的波長？計(jì)算一下，氦氖激光波長為632.8nm,當(dāng)N=50時(shí)，Δd應(yīng)為多大？4.17電子束的電偏轉(zhuǎn)帶電粒子在電場和磁場中運(yùn)動(dòng)，是近代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種物理現(xiàn)象。示波器的示波管、電視機(jī)顯像管、雷達(dá)指示管、電子顯微鏡等電子器件，外形和功用雖然各不相同，但其共同點(diǎn)是：都有電子束的發(fā)射系統(tǒng)、加速系統(tǒng)、聚焦、偏轉(zhuǎn)和強(qiáng)度控制等系統(tǒng)。電子束的聚焦和偏轉(zhuǎn)可以通過電場和磁場對(duì)電子的作用來實(shí)現(xiàn)，前者稱為電聚焦和電偏轉(zhuǎn)，后者稱為磁聚焦和磁偏轉(zhuǎn)。本實(shí)驗(yàn)就是研究電子束電偏轉(zhuǎn)規(guī)律的。通過實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可加深對(duì)電子在電場中運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理解，有助于認(rèn)識(shí)示波器和顯像管的工作原理。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、了解示波管的構(gòu)造和工作原理，研究靜電場對(duì)電子的加速作用。2、定量分析電子束在橫向勻強(qiáng)電場作用下的偏轉(zhuǎn)規(guī)律和示波管的電偏轉(zhuǎn)靈敏度。【實(shí)驗(yàn)原理】圖4-17-1示波管的構(gòu)造圖4-17-1示波管又叫陰極射線管，它的構(gòu)造如圖4-17-1所示，主要包括三個(gè)部分：前端為熒光屏，中間為偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，后端為電子槍。它們都密封在抽成高真空的玻璃殼之中，以免電子在示波管中穿越時(shí)與氣體分子發(fā)生碰撞。下面分別作以介紹：(1)電子槍電子槍的作用是發(fā)射電子，并把它們加速到一定速度聚成一細(xì)束。電子槍由燈絲H、陰極K、控制柵極G1、第一陽極A1、第二陽極A2等同軸金屬圓筒組成。燈絲H通電后加熱陰極K，使陰極K發(fā)射電子?？刂茤艠OG1的電位比陰極低，對(duì)陰極發(fā)出的電子起排斥作用，只有初速度較大的電子才能穿過柵極的小孔并射向熒光屏，而初速度較小的電子則被電場排斥回陰極。通過調(diào)節(jié)柵極G1可以控制射向熒光屏的電子流密度，從而改變熒光屏上的光斑亮度。陽極電位比陰極電位高很多，對(duì)電子起加速作用，使電子獲得足夠的能量射向熒光屏，從而激發(fā)熒光屏上的熒光物質(zhì)發(fā)光。第一陽極A1稱為聚焦陽極，面板上的“聚焦”旋鈕就是用來調(diào)節(jié)第一陽極電位的；第二陽極A2稱為加速陽極，增加加速電極的電壓，電子可獲得更大的轟擊動(dòng)能，熒光屏的亮度雖然可以提高，但加速電壓一經(jīng)確定，就不宜隨時(shí)改變它來調(diào)節(jié)亮度。(2)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)由兩對(duì)互相垂直的偏轉(zhuǎn)板（平板電容器）構(gòu)成，其中一對(duì)是上下放置的Y軸偏轉(zhuǎn)板(或稱垂直偏轉(zhuǎn)板)，另外，一對(duì)是左右放置的X軸偏轉(zhuǎn)板(或稱水平偏轉(zhuǎn)板)。若在偏轉(zhuǎn)板的極板間加上電壓，則板間電場會(huì)使電子束偏轉(zhuǎn)，使相應(yīng)熒光屏上光點(diǎn)的位置發(fā)生偏移，偏移量的大小與所加電壓成正比。其中，X軸偏轉(zhuǎn)板使電子束在水平方向（X軸）上偏移，Y軸偏轉(zhuǎn)板使電子束在垂直方向（Y軸）上偏移。(3)熒光屏熒光屏是用以顯示電子束打在示波管端面的位置。屏上涂有熒光物質(zhì)，在高速電子轟擊下發(fā)出熒光。當(dāng)電子射線停止作用后，熒光物質(zhì)將持續(xù)一段時(shí)間后才停止發(fā)光，這段時(shí)間稱為余輝時(shí)間。不同材料的熒光粉發(fā)出的顏色不同，余輝時(shí)間也不同。如果電子束長時(shí)間轟擊熒光屏上固定一點(diǎn)，則這一點(diǎn)會(huì)被燒壞而形成暗斑，所以當(dāng)電子束光斑需要長時(shí)間停留在屏上不動(dòng)時(shí)，應(yīng)將光點(diǎn)亮度減弱。示波管內(nèi)部表面涂有石墨導(dǎo)電層，叫屏蔽電極，它與第二陽極連在一起，可避免熒光屏附近電荷積累。2、電子束的加速和電偏轉(zhuǎn)=1\*GB2⑴加速和電偏轉(zhuǎn)在示波管中，電子從被加熱的陰極逸出后，由于受到陽極電場的加速作用，使電子獲得沿示波管軸向的動(dòng)能。令Z軸沿示波管的管軸方向從燈絲位置指向熒光屏，同時(shí)，從熒光屏上看，令X軸為水平方向向右，Y軸為垂直方向向上。假定電子從陰極逸出時(shí)初速度忽略不計(jì)，電子經(jīng)過電勢(shì)差為的空間后，電場力做的功應(yīng)等于電子獲得的動(dòng)能(4-17-1)顯然，電子沿Z軸運(yùn)動(dòng)的速度與第二陽極的電壓的平方根成正比，即(4-17-2)圖4-17-2電子束的電偏轉(zhuǎn)圖4-17-2電子束的電偏轉(zhuǎn)若偏轉(zhuǎn)板長、偏轉(zhuǎn)板末端至屏距離為、偏轉(zhuǎn)電極間距離為、軸向加速電壓（即第二陽極電壓）為，橫向偏轉(zhuǎn)電壓為，則熒光屏上光點(diǎn)的橫向偏移量由下式給出(4-17-3)式中。當(dāng)不變時(shí)，可以通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證～的線性關(guān)系，所以，根據(jù)屏上光點(diǎn)位移與偏轉(zhuǎn)電壓的線性關(guān)系，可以將示波管做成測(cè)量電壓的工具。若改變加速電壓，適當(dāng)調(diào)節(jié)到最佳聚焦，可以測(cè)定～直線隨改變而使斜率改變的情況。=2\*GB2⑵電偏轉(zhuǎn)靈敏度電偏轉(zhuǎn)靈敏度是反映電子束在電場中偏轉(zhuǎn)特性的一個(gè)重要的物理量。式(4-64)表明，偏轉(zhuǎn)板的電壓越大，屏上光點(diǎn)的位移也越大，兩者是線性關(guān)系。其比例常數(shù)在數(shù)值上等于施加單位偏轉(zhuǎn)電壓（1V）時(shí)，光點(diǎn)在熒光屏上位移的大小，它即為示波管的電偏轉(zhuǎn)靈敏度。對(duì)X軸、Y軸偏轉(zhuǎn)板各有相應(yīng)的電偏轉(zhuǎn)靈敏度， （4-17-4）電偏轉(zhuǎn)靈敏度單位為，式中及均為與偏轉(zhuǎn)板相關(guān)的幾何量。可以看到，電偏轉(zhuǎn)靈敏度與加速電壓成反比，越大，偏轉(zhuǎn)靈敏度越低；在其他條件相同時(shí)，遠(yuǎn)離熒光屏的一對(duì)偏轉(zhuǎn)板的靈敏度較大。同時(shí)注意到，增加偏轉(zhuǎn)板的長度與縮小兩板距離雖然可以增大示波管的靈敏度，但偏移量較大的電子容易被偏轉(zhuǎn)板的末端阻擋，或電子束經(jīng)過末端邊緣的非均勻電場時(shí)，由于偏移量與偏轉(zhuǎn)電壓的線性關(guān)系遭到破壞，而引起電子束的散焦。因此，在實(shí)際的示波管中，偏轉(zhuǎn)電極并非一對(duì)平行板，而是呈喇叭口形狀，這是為了減小偏轉(zhuǎn)板的邊緣效應(yīng)，增大偏轉(zhuǎn)板的有效長度?！緦?shí)驗(yàn)儀器】下面介紹兩種電子束實(shí)驗(yàn)儀；EF-4型電子及場實(shí)驗(yàn)儀和GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀1、EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀儀器面板如圖4-17-3所示。燈絲H用6.3V交流電供電，其作用是對(duì)陰極加熱，使其發(fā)射電子。它由儀器面板上的“燈絲開關(guān)”控制。陰極的主要作用是發(fā)射電子，它的電壓(相對(duì)于地)在直流－950V～－1300V之間可調(diào)?？刂茤艠O相對(duì)于陰極的電勢(shì)為負(fù)，控制柵壓在0～－50V之間可調(diào)，其作用是控制電子束發(fā)射的多少，以保證有適當(dāng)?shù)牧炼取．?dāng)該柵壓增高時(shí)，對(duì)陰極發(fā)射電子的抑制作用增強(qiáng)，反之則減少。柵極電壓由儀器面板上的“柵壓”旋鈕調(diào)節(jié)。聚焦陽極相對(duì)于陰極有450～950V的正電壓，實(shí)驗(yàn)時(shí)，用儀器專用接線在儀器面板上將接線柱“”與接線柱“”接好。聚焦電壓由儀器面板上的“聚焦電壓”旋鈕調(diào)節(jié)，它的高低控制熒光屏上圖像的聚焦好壞。圖4-17-3EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀加速陽極的作用是加速電子。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用儀器專用接線在儀器面板上將接線柱“”與接線柱“⊥”相連。調(diào)節(jié)陰極相對(duì)于地的電壓(陰極接負(fù)電壓)，也就是改變了加速陽極相對(duì)于陰極K的電壓，所以加速陽極相對(duì)陰極Ｋ有950～1300V的正電壓。加速電壓由儀器面板上的“加速電壓”旋鈕調(diào)節(jié)。圖4-17-3EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀和是兩對(duì)相互垂直放置的平行電極板，稱為水平偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)在兩極板之間加上電壓時(shí)，極板間建立的電場就會(huì)使電子束在水平方向(X軸)上偏移。稱為垂直偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)在兩極板之間加上電壓時(shí)，極板間建立的電場就會(huì)使電子束在垂直方向(Y軸)上偏移。實(shí)驗(yàn)時(shí)，用兩根儀器專用線在儀器面板上分別將接線柱“”和接線柱“”、接線柱“”和接線柱“”“”連接。水平偏轉(zhuǎn)電壓和垂直偏轉(zhuǎn)電壓由儀器板面上的偏轉(zhuǎn)電壓部分“直流電壓”旋鈕調(diào)節(jié)。在整個(gè)儀器面板上，除設(shè)有示波管各電極的接線外，還有供測(cè)量電壓用的測(cè)量孔，如“”、“”、“”、“”等測(cè)孔。用直流電壓表分別測(cè)量測(cè)孔“”、“”、“”與測(cè)孔“”之間的電壓，即為聚焦電壓、加速電壓、柵極電壓。2、GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀儀器面板如圖4-17-4所示。儀器面板上的高壓指示屏用來顯示柵壓VG、聚焦電壓V1、加速電壓V2的數(shù)值。高壓測(cè)量旋鈕用來選擇高壓指示屏上顯示的物理量。圖4-17-4GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀控制柵極G相對(duì)于陰極K的電勢(shì)為負(fù)。柵壓VG在0～-65圖4-17-4GD-DES-Ⅲ型聚焦陽極相對(duì)于陰極K有205～420V的正電壓，聚焦電壓由儀器面板上的“聚焦電壓V1”旋鈕調(diào)節(jié)，它的高低控制熒光屏上圖像的聚焦好壞。加速陽極的作用是加速電子。調(diào)節(jié)陰極K相對(duì)于地的電壓(陰極接負(fù)電壓)，也就是改變了加速陽極相對(duì)于陰極K的電壓，加速陽極相對(duì)陰極Ｋ有1084～1320V的正電壓。加速電壓由儀器面板上的“加速電壓V2”旋鈕調(diào)節(jié)。儀器面板上的低壓指示屏用來顯示水平偏轉(zhuǎn)電壓Vd×X、豎直偏轉(zhuǎn)電壓Vd×Y、磁場線圈穩(wěn)壓電壓VS、Vm的數(shù)值。偏轉(zhuǎn)電壓旋鈕用來選擇低壓，控制屏上顯示的物理量。和是兩對(duì)相互垂直放置的平行板電極，稱為水平偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)在兩極板之間加上電壓時(shí)，極板間建立的電場就會(huì)使電子束在水平方向(X軸)上偏轉(zhuǎn)。稱為豎直偏轉(zhuǎn)板，當(dāng)在兩極板之間加上電壓時(shí)，極板間建立的電場就會(huì)使電子束在豎直方向(Y軸)上偏轉(zhuǎn)。水平偏轉(zhuǎn)電壓Vd×X和豎直偏轉(zhuǎn)電壓Vd×Y由儀器板面上的“Vd×X偏轉(zhuǎn)”和“Vd×Y”偏轉(zhuǎn)旋鈕調(diào)節(jié)。正常做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將儀器面板中部的“聚焦方式”開關(guān)打至第一聚焦方式，“聚焦”開關(guān)打至左面點(diǎn)聚焦方式。實(shí)驗(yàn)儀還裝備了提供給磁場線圈做實(shí)驗(yàn)用的0-30V、30A直流穩(wěn)壓電源，分別由低壓指示屏和線圈電流指示屏顯示數(shù)據(jù)。使用電源前，應(yīng)先將儀器總電源開關(guān)開啟，再將本電源“磁場線圈穩(wěn)壓電源”開關(guān)打開，同時(shí)，將“偏轉(zhuǎn)電壓”選擇開關(guān)打至VS、Vm檔，使低壓指示屏和線圈電流指示屏顯示直流穩(wěn)壓電源提供給磁場線圈的電壓、電流數(shù)據(jù)。開機(jī)前及使用直流穩(wěn)壓電源結(jié)束時(shí)，將穩(wěn)壓電源的“VS、Vm旋鈕左旋至底，使電壓處于最小值。面板左側(cè)“磁場線圈插孔”和“螺線管線圈插孔”為本實(shí)驗(yàn)儀30V穩(wěn)壓電源電壓輸出插孔，不可將其他電源電壓輸入插孔內(nèi)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、用GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀研究電子束的偏轉(zhuǎn)量D與偏轉(zhuǎn)電壓Ud的關(guān)系。⑴將“聚焦方式”開關(guān)打至第一聚焦方式，“聚焦開關(guān)”打至左邊的點(diǎn)聚焦方式。⑵接通電源開關(guān)，在顯示屏上找出亮點(diǎn)。⑶先將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V2檔，加速電壓調(diào)至1200V；再將“高壓測(cè)量”旋鈕打至VG檔，調(diào)節(jié)柵壓旋鈕，把輝度控制在中等亮度，光點(diǎn)不要太亮，以免燒壞熒光物質(zhì)；再把“高壓測(cè)量”旋鈕打至V1檔，調(diào)節(jié)聚焦電壓旋鈕，使熒光屏上光點(diǎn)聚成一細(xì)點(diǎn)。調(diào)節(jié)完畢，將所得到的和值填入表4-17-1中。⑷將“偏轉(zhuǎn)電壓”旋鈕分別打至Vd×X、Vd×Y檔，調(diào)節(jié)Vd×X、Vd×Y旋鈕使豎直偏轉(zhuǎn)電壓變?yōu)榱?，此時(shí)若光點(diǎn)不在熒光屏的坐標(biāo)原點(diǎn)，可調(diào)節(jié)X、Y光點(diǎn)調(diào)零旋鈕，使光點(diǎn)處于坐標(biāo)原點(diǎn)。⑸保持豎直偏轉(zhuǎn)電壓為零，測(cè)出水平偏轉(zhuǎn)量D（坐標(biāo)板上的一格表示2毫米）與水平偏轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系；然后保持水平偏轉(zhuǎn)電壓為零，測(cè)出豎直偏轉(zhuǎn)量D（坐標(biāo)板上的一格表示2毫米）與豎直偏轉(zhuǎn)電壓的關(guān)系；⑹將“加速電壓”調(diào)至1100V，重復(fù)⑶、⑷、⑸步驟。2、用EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀研究電子束的偏轉(zhuǎn)量D與偏轉(zhuǎn)電壓Ud的關(guān)系。EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀的操作方法與GD-DES-Ⅲ型實(shí)驗(yàn)儀相似，可參看說明書自行完成實(shí)驗(yàn)?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】表4-17-1電子束的偏轉(zhuǎn)量D與偏轉(zhuǎn)電壓Ud的關(guān)系加速電壓U2(V)聚焦電壓U1(V)偏轉(zhuǎn)量D(mm)X偏轉(zhuǎn)電壓Y偏轉(zhuǎn)電壓X偏轉(zhuǎn)電壓Y偏轉(zhuǎn)電壓20181614121086420-2-4-6-8-10-12-14-16-18-20用Excel“圖表”功能（或在坐標(biāo)紙上），以偏轉(zhuǎn)電壓為橫坐標(biāo)，偏轉(zhuǎn)量為縱坐標(biāo)，畫出在兩種加速電壓的情況下，X、Y偏轉(zhuǎn)電壓、與相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)量的四組－直線，并比較X方向和Y方向偏轉(zhuǎn)靈敏度以及偏轉(zhuǎn)靈敏度與加速電壓的關(guān)系?！咀⒁馐马?xiàng)】(1)儀器箱內(nèi)電路中有高壓，裝拆時(shí)謹(jǐn)防觸電。(2)實(shí)驗(yàn)過程中，光點(diǎn)不能過亮，以免損壞熒光物質(zhì)。(3)除需要測(cè)量“加速電壓V2”時(shí)，不要長時(shí)間將電壓表置于“加速電壓V2”測(cè)量檔，其他時(shí)間可轉(zhuǎn)換至“聚焦電壓V1”“柵壓V【思考題】1、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果回答如下問題：⑴在加速電壓不變的條件下，偏轉(zhuǎn)距離是否與偏轉(zhuǎn)電壓成正比？⑵在偏轉(zhuǎn)電壓不變的條件下，偏轉(zhuǎn)距離與加速電壓有什么關(guān)系？2、在偏轉(zhuǎn)板上加交流信號(hào)時(shí)，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？3、電偏轉(zhuǎn)靈敏度與哪些因素有關(guān)？4.18電子束的磁偏轉(zhuǎn)與磁聚焦實(shí)驗(yàn)17中，我們定量分析了電子束在橫向勻強(qiáng)電場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律。除了電場可以使電子受力發(fā)生偏轉(zhuǎn)外，磁場也可以使電子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，磁偏轉(zhuǎn)是電子在磁場中受到洛倫茲力的作用而發(fā)生的偏轉(zhuǎn)，電視機(jī)等設(shè)備中采用的是磁偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。為了使電子束在熒光屏上清晰地成像，顯像設(shè)備中還設(shè)有聚焦系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)研究的就是示波管內(nèi)電子束的磁偏轉(zhuǎn)和磁聚焦規(guī)律，這個(gè)實(shí)驗(yàn)有助于我們認(rèn)識(shí)和理解顯像管的工作過程，也可獲得電子的荷質(zhì)比，以便加深對(duì)電子性質(zhì)的認(rèn)識(shí)?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?、研究電子在磁場中的偏轉(zhuǎn)規(guī)律和聚焦規(guī)律。2、掌握測(cè)量電子荷質(zhì)比的一種方法．【實(shí)驗(yàn)原理】1、電子束的磁偏轉(zhuǎn)電子束通過磁場時(shí)，在洛倫茲力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)。如圖4-18-1所示，設(shè)實(shí)線方框內(nèi)有均勻的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，方向垂直于紙面指向讀者，在方框外。當(dāng)電子束以速度垂直射入磁場，受洛倫茲力的作用，在磁場區(qū)域內(nèi)電子作勻速圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑為，沿弧穿出磁場區(qū)域后變?yōu)樽鲃蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，最后打在熒光屏的點(diǎn)上。由運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)可以導(dǎo)出弧半徑為θ（4-18-1）θ設(shè)電子束離開磁場區(qū)域時(shí)偏離Z軸的角度是q，側(cè)向偏轉(zhuǎn)位移為，由圖4-18-1中的幾何關(guān)可以看出圖4-18-1磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理圖圖4-18-1磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的工作原理圖電子束打在熒光屏上，側(cè)向偏轉(zhuǎn)位移為這里的偏轉(zhuǎn)角q是足夠小的，于是有和整理得到（4-18-2）再由式消去得（4-18-3）式（4-18-3）表明，電子束的側(cè)向偏轉(zhuǎn)位移與磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小成正比，與加速電壓的平方根成反比。比較式（4-18-3）與式（4-17-4）可以看出，加速電壓對(duì)磁偏轉(zhuǎn)靈敏度的影響，要比對(duì)電偏轉(zhuǎn)靈敏度的影響小一些。所以，磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，常用提高陰極射線管中加速電壓的方法，來增強(qiáng)屏幕上圖象的亮度。而且，磁偏轉(zhuǎn)有利于電子束的大角度轉(zhuǎn)向，更適合于大屏幕的需求。因此顯像管往往采用磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。但偏轉(zhuǎn)線圈的電感較大，不利于高頻信號(hào)，而且體積和重量較大，這些方面都不及電偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。圖4-18-2磁偏轉(zhuǎn)線圈（一）圖4-18-3磁偏轉(zhuǎn)線圈（二）磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的勻強(qiáng)磁場，可用載流線圈來獲取，這里的載流線圈被稱作磁偏轉(zhuǎn)線圈。常見磁偏轉(zhuǎn)線圈有兩種形式，一種是在陰極射線管管頸外套一個(gè)磁環(huán)，如圖4-18-2所示。磁環(huán)上繞有繞向相反的兩組線圈，兩線圈串聯(lián)后通以電流，這樣電流在環(huán)管內(nèi)產(chǎn)生的磁感線方向是相反的，磁感線就從環(huán)的直徑方向穿過，各自形成閉合線，磁環(huán)的直徑處的平行而且均勻的磁場，就是所需的偏轉(zhuǎn)磁場。若改變線圈電流(圖4-18-2毫安表顯示)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之改變，屏上光點(diǎn)的偏轉(zhuǎn)位移也隨之改變。另一種磁偏轉(zhuǎn)線圈如圖4-18-3所示。該偏轉(zhuǎn)磁場是由緊貼于管頸兩側(cè)的兩組線圈串聯(lián)后通以電流而獲得的。無論采用哪種方法獲得的磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度均滿足，其中常數(shù)（）是真空的磁導(dǎo)率，n為線圈的匝數(shù)密度（單位長度的匝數(shù)），為線圈中的電流。將代入式（4-圖4-18-2磁偏轉(zhuǎn)線圈（一）圖4-18-3磁偏轉(zhuǎn)線圈（二）（4-18-4）式（4-18-4）表明，當(dāng)加速電壓一定時(shí)，偏轉(zhuǎn)位移與I成正比，這就滿足了偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的線性要求。按磁偏轉(zhuǎn)靈敏度定義（單位電流的偏轉(zhuǎn)量），磁偏轉(zhuǎn)靈敏度為（4-18-5）越大，表明磁偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)的靈敏度越高。對(duì)于特定的陰極射線管和偏轉(zhuǎn)線圈來說，在加速電壓一定時(shí)，是常數(shù)。改變加速電壓，與成正比。2、電子束的磁聚焦若把示波管的第一陽極A1、第二陽極A2以及水平、垂直偏轉(zhuǎn)板全連在一起，再將它們相對(duì)于陰極板加一電壓，電子束進(jìn)入第一陽極A1后，便在零電場中勻速前進(jìn)，就如同電子束從柵極出口飛出，直接射向熒光屏。而電子的速度方向不盡相同，當(dāng)電子束打在熒光屏上時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)面積較大的光斑，怎樣控制光斑直徑呢？可以采用磁聚焦的辦法。下面介紹磁聚焦的原理。圖4-18-4電子束的螺旋軌跡示波管外套一載流長螺線管，螺線管通電后在Z軸方向產(chǎn)生一均勻磁場B，電子束進(jìn)入第一陽極A1的同時(shí)，也進(jìn)入均勻磁場B中，如圖4-18-4所示。若一電子進(jìn)入磁場的速度為，與磁場方向的夾角為，受洛侖茲力的作用，電子將作螺旋運(yùn)動(dòng)。若將分解為平行B的分量和垂直于B的分量，則電子束的螺旋半徑為圖4-18-4電子束的螺旋軌跡（4-18-6）螺旋周期為（4-18-7）螺距為∥＝（4-18-8）式（4-18-6）（4-18-7）（4-18-8）中是電子的質(zhì)量，是電子的電荷量。從（4-18-7）式看出，周期T與速度無關(guān)，即在同一磁場中，不同速度的電子繞圓一周所需的時(shí)間是相等的，只不過速度大的電子繞的圓周大，速度小的電子繞的圓周小而已。進(jìn)入均勻磁場的電子束中，各電子與的夾角是不同的，但夾角都很小，則＝由于不同，各個(gè)電子將沿不同半徑的螺旋曲線前進(jìn)，而電子的分量近似相等，所以各螺旋曲線的螺距是相等的，這樣，由同一點(diǎn)出發(fā)的各電子沿不同半徑的螺旋曲線，經(jīng)過同一距離h后，又重新會(huì)聚在軸線上的一點(diǎn)，如圖4-18-5所示。調(diào)節(jié)磁場B的大小，使（為一整數(shù)，是示波管中柵極出口后方電子束交叉點(diǎn)到熒光屏的距離），這樣，電子束的會(huì)聚點(diǎn)就正好與熒光屏圖4-18-5電子束的聚焦重合，這就是磁聚焦。圖4-18-5電子束的聚焦3、電子荷質(zhì)比的測(cè)定磁聚焦系統(tǒng)中，通過調(diào)節(jié)磁場，使螺旋曲線的螺距正好等于示波管中電子束交叉點(diǎn)到熒光屏的距離時(shí)，在屏上將得到一個(gè)亮點(diǎn)（聚焦點(diǎn)）。這時(shí)整理可得到（4-18-9）將螺線管磁場代入式（4-18-9）得（4-18-10）式中為螺線管長度，為螺線管線圈匝數(shù)。為了減小電流I所帶來的誤差，式中的I可用一次、二次、三次聚焦時(shí)對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電流求平均，因?yàn)榈谝淮尉劢箷r(shí)的電流為I1，二次聚焦的電流為2I1，即磁場增強(qiáng)一倍，相應(yīng)電子在示波管內(nèi)繞Z軸轉(zhuǎn)兩圈。同理，三次聚焦的電流I3應(yīng)為3I1…。所以有（4-18-11）將所得的以及本套實(shí)驗(yàn)儀器的相關(guān)數(shù)據(jù)（實(shí)驗(yàn)室給出），代入式（4-18-10）,即可求出不同加速電壓時(shí)的電子荷質(zhì)比，并將計(jì)算荷質(zhì)比與標(biāo)準(zhǔn)值相比較?！緦?shí)驗(yàn)儀器】本實(shí)驗(yàn)所用儀器EF-4型電子和場實(shí)驗(yàn)儀和GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀，功能和儀器面板同4.17節(jié)電子束的電偏轉(zhuǎn)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、電子束的磁偏轉(zhuǎn)用GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀研究電子束的偏轉(zhuǎn)量與勵(lì)磁電流的關(guān)系。⑴把兩只偏轉(zhuǎn)線圈分別插入示波管兩側(cè)磁場線圈插孔Vs內(nèi)。⑵將“聚焦方式”開關(guān)打至第一聚焦方式，將“聚焦開關(guān)”打至左邊的點(diǎn)聚焦。⑶接通電源開關(guān)，在熒光屏上找出亮點(diǎn)。⑷先將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V2檔，“加速電壓”調(diào)至1250V；再把“高壓測(cè)量”旋鈕打至VG檔，調(diào)節(jié)柵壓旋鈕，將輝度控制在中等亮度，光點(diǎn)不要太亮，以免燒壞熒光物質(zhì)；再將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V1檔,調(diào)節(jié)聚焦電壓旋鈕，使熒光屏上光點(diǎn)聚成一細(xì)點(diǎn)，將和的測(cè)量值填入表4-18-1中。⑸把“偏轉(zhuǎn)電壓”旋鈕分別打至Vd×X、Vd×Y檔,調(diào)節(jié)Vd×X、Vd×Y旋鈕將偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)為零，此時(shí)光點(diǎn)若不在坐標(biāo)原點(diǎn)，可調(diào)節(jié)X、Y光點(diǎn)調(diào)零旋鈕，使光點(diǎn)處于坐標(biāo)原點(diǎn)。⑹打開儀器面板上的“磁場線圈穩(wěn)壓電源”開關(guān)（開前電壓調(diào)節(jié)旋鈕左旋至底），“低壓測(cè)量”選擇開關(guān)打至Vs、VM檔，調(diào)節(jié)磁場線圈穩(wěn)壓電源“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，逐步增大磁偏電流I，此時(shí)觀察“低壓指示”表、“線圈電流指示”表，記錄磁偏量D（示波屏上的一格表示2mm）及對(duì)應(yīng)的電流I數(shù)值，將數(shù)據(jù)填入表4-18-1⑺撥動(dòng)“換向開關(guān)”，重復(fù)第⑹步，測(cè)量Y軸反方向數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)填入表4-18-1中。⑻將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V2檔，將“加速電壓”依次調(diào)至1200V、1150V和1100V，重復(fù)⑷、⑸、⑹、⑺步驟。2．電子束的磁聚焦用GD-DES-Ⅲ型電子束實(shí)驗(yàn)儀研究電子束的磁聚焦。⑴將“聚焦方式”開關(guān)打至第一聚焦方式，“聚焦開關(guān)”打至左面點(diǎn)聚焦。⑵將縱向螺線管線圈套在示波管上，線圈兩頭插孔與儀器面板上的“螺線管線圈插孔VM”用專用線相連接，接通電源開關(guān)，在熒光屏上找出亮點(diǎn)。⑶先將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V2檔，加速電壓調(diào)至1200V；再把“高壓測(cè)量”旋鈕打至VG檔，調(diào)節(jié)柵壓旋鈕，將輝度控制在中等亮度；再將“高壓測(cè)量”旋鈕打至V1檔,調(diào)節(jié)聚焦電壓旋鈕，使熒光屏上光點(diǎn)聚成一細(xì)點(diǎn)。⑷將“偏轉(zhuǎn)電壓”旋鈕分別打至Vd×X、Vd×Y檔,調(diào)節(jié)Vd×X、Vd×Y旋鈕使偏轉(zhuǎn)電壓調(diào)節(jié)為零，此時(shí)光點(diǎn)若不在坐標(biāo)原點(diǎn)，可調(diào)節(jié)X、Y光點(diǎn)調(diào)零旋鈕，使光點(diǎn)處于坐標(biāo)原點(diǎn)。⑸打開“磁場線圈穩(wěn)壓電源”開關(guān)（打開前電壓調(diào)節(jié)旋鈕左旋至底），坐標(biāo)刻度板貼近熒光屏，用Vd×X、Vd×Y旋鈕把光點(diǎn)拉開至左上方，偏離中心。⑹保持加速電壓U2不變，將“低壓測(cè)量”選擇開關(guān)打至Vs、VM檔，調(diào)節(jié)磁場線圈穩(wěn)壓電源“電壓調(diào)節(jié)”旋鈕，逐步增大勵(lì)磁電流I，觀察其三次聚焦情況，記錄三次聚焦對(duì)應(yīng)的數(shù)值，將數(shù)據(jù)填入表4-18-2中，利用公式=求出勵(lì)磁電流的平均值。⑺將所測(cè)量的加速電壓及所求出的勵(lì)磁電流平均值代入式（4-18-10）可求出電子荷質(zhì)比，并與標(biāo)準(zhǔn)值=1.76×1011c/Kg進(jìn)行比較，求出相對(duì)誤差?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】表4-18-1電子束的偏轉(zhuǎn)量與勵(lì)磁電流的關(guān)系加速電壓聚焦電壓偏轉(zhuǎn)量勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流20181614121086420-2-4-6-8-10-12-14-16-18-20用Excel“圖表”功能（或在坐標(biāo)紙上），以勵(lì)磁電流I為橫坐標(biāo)，磁偏量為縱坐標(biāo)，作D-I圖線，描出不同下的D-I關(guān)系圖線，求出各自的值并分析加速電壓與磁偏轉(zhuǎn)靈敏度之間的關(guān)系。表4-18-2測(cè)量電子荷質(zhì)比加速電壓次數(shù)第一次聚焦電流第二次聚焦電流第三次聚焦電流聚焦電流平均值電子荷質(zhì)比1200123平均記錄本臺(tái)儀器上螺線管的相關(guān)數(shù)據(jù)：長度=，匝數(shù)N=，。【注意事項(xiàng)】1、儀器箱內(nèi)電路中有高壓，裝拆時(shí)謹(jǐn)防觸電。2、實(shí)驗(yàn)過程中，光電不能過亮，以免損壞熒光屏。3、做磁聚焦實(shí)驗(yàn)時(shí)，特別是做三次聚焦實(shí)驗(yàn)時(shí)，不要使螺線管線圈長時(shí)間工作，以免線圈過熱，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4、除需要測(cè)量“加速電壓V2”時(shí)，不要長時(shí)間將電壓表置于“加速電壓V2”測(cè)量檔，其他時(shí)間可轉(zhuǎn)換至“聚焦電壓V1”“柵壓V【思考題】1、如果一電子束同時(shí)在電場和磁場中通過，則在什么條件下，熒光屏上光點(diǎn)恰好不發(fā)生偏轉(zhuǎn)？2、若示波管既不加任何偏轉(zhuǎn)電壓，也不人為外加橫向磁場，把示波管聚焦調(diào)好以后，將儀器原地轉(zhuǎn)一圈，觀察熒光屏上的光點(diǎn)位置是否會(huì)變化？可否根據(jù)熒光屏上光點(diǎn)的變化來估算當(dāng)?shù)氐卮艌龅拇鸥袘?yīng)強(qiáng)度？3、當(dāng)螺線管電流I逐漸增加，電子束線從一次聚焦到二次、三次聚焦，熒光屏上的亮斑怎樣運(yùn)動(dòng)？并解釋之。4.19聲速的測(cè)定頻率在20Hz～20000Hz之間的機(jī)械振動(dòng)，在彈性媒質(zhì)中的傳播稱為可聞聲波，簡稱聲波。聲波的振動(dòng)方向與傳播方向一致，是縱波。聲波的波長、強(qiáng)度、聲速、頻率、相位等是描述聲波重要特性的物理量，其中聲速是與彈性媒質(zhì)（材料）的密度和彈性模量有關(guān)的量，彈性媒質(zhì)許多參量均可與聲速之間建立某種數(shù)學(xué)關(guān)系。這種數(shù)學(xué)關(guān)系為材料分析、聲波定位、距離測(cè)量等提供了理論基礎(chǔ)，如：測(cè)量氣體或溶液的濃度、通信以及GPS全球定位等。因此，學(xué)習(xí)聲速的測(cè)量方法具有重要的理論意義與實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。高于20000Hz的聲波稱為超聲波，其頻率范圍在2×104～5×108Hz之間。超聲波的波長短，易于定向發(fā)射，在超聲波段進(jìn)行聲速測(cè)量則比較方便。本實(shí)驗(yàn)就是用這種超聲波來測(cè)定聲波的速度的。實(shí)驗(yàn)中介紹兩種測(cè)定聲速方法：相位比較法和駐波干涉法，這兩種方法都是采用壓電陶瓷（晶體）換能器對(duì)聲速進(jìn)行非電量的電測(cè)量，測(cè)量過程簡單，準(zhǔn)確性較高。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．加深對(duì)波合成與波的相位的理解。2．用駐波干涉法和相位法測(cè)量聲波在空氣中的傳播速度。3．了解壓電換能器的功能。4、培養(yǎng)綜合使用儀器的能力【實(shí)驗(yàn)原理】聲波是一種在彈性媒質(zhì)中傳播的縱波。波長、波速、頻率是描述聲波重要特征的物理量，其三者間的關(guān)系為(4-19-1)測(cè)出頻率和波長以后，就可由上式求出聲速。而聲波的頻率可通過測(cè)量聲源的振動(dòng)頻率得出，因而聲速測(cè)量的主要工作就是聲波波長的測(cè)量。下面介紹相位比較法和駐波干涉法測(cè)定聲速。相位比較法測(cè)聲速波的傳播是波源的振動(dòng)狀態(tài)的傳播，而振動(dòng)狀態(tài)是由相位來決定的，因而波的傳播也就是相位的傳播。在波傳播方向上的兩個(gè)振動(dòng)相位相差的狀態(tài)點(diǎn)之間的距離就是一個(gè)波長，若兩個(gè)振動(dòng)狀態(tài)點(diǎn)相位差為，則兩點(diǎn)間的距離及波的波長與之間有下述對(duì)應(yīng)關(guān)系(4-19-2)表(4-19-1)給出了一組兩點(diǎn)距離與兩點(diǎn)振動(dòng)相位差的相關(guān)數(shù)據(jù)。表4-19-1--關(guān)系數(shù)據(jù)表0…0…對(duì)于在波傳播方向上的兩個(gè)狀態(tài)點(diǎn)，當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)相反，稱之為反相；當(dāng)時(shí)，這兩個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)狀態(tài)相同，稱之為同相。這種對(duì)應(yīng)關(guān)系便構(gòu)成了相位比較法測(cè)聲速的理論基礎(chǔ)。圖(4-19-1)圖4-19-1相位比較法測(cè)聲速狀置圖圖4-19-2圖4-19-1相位比較圖4-19-2信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)來激勵(lì)發(fā)射器，并使其處于諧振狀態(tài)，從而發(fā)射出平面波形式的聲波；而接收器端面垂直于波的傳播方向時(shí)，沿傳播方向移動(dòng)接收器，總可以找到一個(gè)位置使得接收到的聲波信號(hào)與發(fā)射器的激勵(lì)信號(hào)同相。繼續(xù)移動(dòng)接收器，直到接收的信號(hào)和發(fā)射器的激勵(lì)信號(hào)反相或再次同相時(shí)，可以判定接收器移過的這段距離必等于聲波的半波長或一個(gè)波長。我們把信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)與接收器接收到的信號(hào)分別輸入到示波器的、輸入端，反相或同相的判斷，就可通過李薩如圖形法來觀察，即通過示波器可觀察到兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)所合成的李薩如圖形。各種相位差情況下的典型李薩如圖形見表（4-19-2）。表4-19-2幾種典型相位差情況下的李薩如圖形相位差0李薩如圖可以看到，相位差時(shí)，李薩如圖形將退化為右斜直線或左斜直線，此時(shí)進(jìn)行相位差的分析與判斷最為敏銳與準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)正是通過右斜直線或左斜直線的觀察來進(jìn)行相位差的分析與判斷，并進(jìn)一步通過相位差與兩點(diǎn)間的距離及波的波長之間的關(guān)系式來確定波長的大小。圖4圖4-19-3如圖4-19-3所示，在聲源發(fā)射器端面與接收器端面平行的條件下，由發(fā)出的平面波沿方向傳播，經(jīng)端面反射后，聲波將在這兩個(gè)平行端面之間往返反射，入射波和反射波將發(fā)生疊加。這兩列波有相同的振動(dòng)方向、相同的頻率和相同的波長，在方向上以相反的方向傳播，它們的波動(dòng)方程分別是疊加后合成波的波方程為(4-19-3)這是一個(gè)駐波方程，其波腹的位置是(4-19-4)其波節(jié)的位置是(4-19-5)顯然，相鄰的兩個(gè)波腹（或波節(jié)）的距離均為由于駐波波節(jié)處介質(zhì)的形變最大，此處聲壓也就最大，移動(dòng)到波節(jié)處的壓電陶瓷換能器可以接收到最強(qiáng)的超聲波信號(hào)，在示波器上能看到最大幅度的正弦波信號(hào)（即干涉加強(qiáng)的波形）。因此，在實(shí)驗(yàn)中只要測(cè)得相鄰兩波節(jié)（或波腹）的位置、，即可得到聲波的波長為(4-19-6)為測(cè)出駐波上相鄰兩波腹（或波節(jié)）間的半波長距離，可通過改變與之間的距離，即移動(dòng)的位置，觀察連接的示波器顯示屏上所呈現(xiàn)的駐波振幅發(fā)生的周期性大小變化，如圖圖4-19-4示波器信號(hào)變化示意圖4-19-4所示。振幅大小每一次周期性的變化，就相當(dāng)于與之間的距離改變了。與之間的距離改變可由游標(biāo)尺讀數(shù)得到，聲波的振動(dòng)頻可通過信號(hào)發(fā)生器上的頻率計(jì)測(cè)出，由此可以求出聲速的大小。圖4-19-4示波器信號(hào)變化示意圖【實(shí)驗(yàn)儀器】函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，示波器，聲速測(cè)量儀。聲速測(cè)量儀是由發(fā)射換能器、接收換能器及長度測(cè)量系統(tǒng)（游標(biāo)尺）組成。發(fā)射換能器利用電致伸縮效應(yīng)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為平面超聲波；接收換能器則利用壓電效應(yīng)將平面超聲波能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；長度測(cè)量系統(tǒng)是由一螺旋游標(biāo)尺組成，其中發(fā)射器固定在游標(biāo)尺的主尺上，接收器則裝在游標(biāo)尺的螺旋游標(biāo)尺上。隨著螺旋的移動(dòng)，可以精密地調(diào)節(jié)和測(cè)量與之間的距離?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.相位比較法測(cè)聲速⑴.按圖4-19-1⑵.調(diào)整發(fā)射器的發(fā)射面，使之與游標(biāo)尺垂直；同時(shí)使接收器端面與端面平行，且保持一微小距離。⑶.調(diào)整低頻信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，使發(fā)射器處于諧振狀態(tài)（示波器上信號(hào)振幅的為極大值）。⑷、移動(dòng)接收器的位置，觀察示波器上李薩如圖形的變化，依次讀取示波器上顯示相位差圖形（右斜直線）時(shí)接收器的位置坐標(biāo)。將數(shù)據(jù)填入表4-19-3，⑸、用逐差法求出聲波波長和相應(yīng)的不確定度，進(jìn)而計(jì)算聲速。2.駐波干涉法測(cè)聲速⑴、按圖4-19-3⑵、選擇適當(dāng)?shù)慕邮論Q能器的起始位置，微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的頻率，確定信號(hào)振幅的為極大值（諧振狀態(tài)）時(shí)，記錄信號(hào)源的頻率并固定不變；微調(diào)接收換能器位置，使示波器上觀察到的信號(hào)最強(qiáng)，記下接收換能器的位置。⑶、移動(dòng)接收換能器依次到相鄰的振幅的極大值位置，記下共6個(gè)數(shù)據(jù)。然后，按同一個(gè)方向繼續(xù)移動(dòng)接收換能器，并默數(shù)極大值位置的個(gè)數(shù)到第21個(gè)時(shí)記下相應(yīng)的位置，按同樣的方法依次記下。填入數(shù)據(jù)記錄表4-19-4⑷、由上述12個(gè)接收換能器極大值的位置數(shù)據(jù)，用逐差法計(jì)算聲波波長和相應(yīng)的不確定度，再計(jì)算聲速?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】1、相位比較法測(cè)定聲速數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算表4-19-3相位法測(cè)定聲速數(shù)據(jù)表環(huán)境溫度諧振頻率位號(hào)123456789101112位置逐差計(jì)算的不確定度：的測(cè)量結(jié)果：記錄的超聲波頻率：計(jì)算聲速：聲速的不確定度：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：相對(duì)誤差：2、駐波干涉法測(cè)定聲速數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算表4-19-4駐波法測(cè)聲速數(shù)據(jù)表環(huán)境溫度諧振頻率干涉加強(qiáng)位置數(shù)123456干涉加強(qiáng)位置數(shù)212223242526仿照相位比較法數(shù)據(jù)處理辦法計(jì)算聲速測(cè)量結(jié)果，并將兩種測(cè)量方法所得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較?！咀⒁馐马?xiàng)】1、在實(shí)驗(yàn)前應(yīng)掌握儀器的使用操作規(guī)程。2、實(shí)驗(yàn)中用的導(dǎo)線是接頭處帶有鎖扣的饋線，插取導(dǎo)線時(shí)應(yīng)先扭動(dòng)鎖扣，不得用力硬拔導(dǎo)線?！舅伎碱}】1.為什么要在系統(tǒng)駐波共振狀態(tài)下進(jìn)行聲速的測(cè)量？如何判斷系統(tǒng)處于共振狀態(tài)?2.是否可以用本實(shí)驗(yàn)的兩種方法測(cè)量聲波在液體或固體中的傳播速度？4.20簡諧振動(dòng)的研究本實(shí)驗(yàn)是在氣墊導(dǎo)軌上觀察簡諧振動(dòng)現(xiàn)象并測(cè)定簡諧振動(dòng)的周期，同時(shí)觀察諧振動(dòng)系統(tǒng)中的彈性勢(shì)能和動(dòng)能之間相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，進(jìn)一步測(cè)定和計(jì)算它們之間的數(shù)量關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹繄D4-20-1圖4-20-1簡諧振動(dòng)示意圖2.測(cè)定簡諧振動(dòng)系統(tǒng)中的勢(shì)能和動(dòng)能間轉(zhuǎn)換的數(shù)量關(guān)系?！緦?shí)驗(yàn)原理】當(dāng)氣墊導(dǎo)軌充氣后，在其上放置一滑塊，用兩個(gè)彈簧分別將滑塊和氣墊導(dǎo)軌兩端連接起來，如圖4-20-1（a）所示。選滑塊的平衡位置為坐標(biāo)原點(diǎn)，將滑塊由平衡位置準(zhǔn)靜態(tài)移至某點(diǎn)，其位移為，此時(shí)滑塊一側(cè)彈簧被壓縮，而另一側(cè)彈簧被拉長如圖4-20-1（b）。若彈簧的勁度系數(shù)為，則滑塊受到的彈性力為(4-20-1)式中，負(fù)號(hào)表示力和位移方向相反，由于滑塊與氣軌間的摩擦極小，故可以略去。而在豎直方向上滑塊所受的重力和支持力平衡，滑塊僅受到方向的恢復(fù)力即彈性力的作用，這時(shí)系統(tǒng)將作簡諧振動(dòng)，其力學(xué)方程為：(4-20-2)令，則方程改寫為：這個(gè)常數(shù)系數(shù)二階微分方程的解為：(4-20-3)式中，稱為圓頻率，它與每秒振動(dòng)次數(shù)(頻率）的關(guān)系為，從而簡諧振動(dòng)的周期為：(4-20-4)將（4-20-3）式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)數(shù)，可得滑塊運(yùn)動(dòng)的速度：(4-20-5)由于滑塊只受彈性力（保護(hù)力）作用，因此系統(tǒng)振動(dòng)過程中機(jī)械能守恒。設(shè)滑塊在某位置處的速度為，則系統(tǒng)在該位置處的總能量應(yīng)為：(4-20-6)把（4-20-3）式和（4-20-5）式代入（4-20-6）式有：又故（4-20-7）式中，、、及都是常量，它說明盡管振動(dòng)過程中動(dòng)能、位能不斷隨時(shí)間變化，但其總能量保持不變。實(shí)驗(yàn)中若將滑塊移至點(diǎn)并作為起點(diǎn)，初速度，位移則該點(diǎn)處動(dòng)能為零，系統(tǒng)總能量即為彈性位能。當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到平衡位置O點(diǎn)時(shí)，位移而速度有最大值，該點(diǎn)處位能為零，系統(tǒng)總能量全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能即。因此，只要測(cè)出起始位置的最大位移或平衡位置O點(diǎn)的滑塊速度，即可算出振動(dòng)系統(tǒng)的總能量，而在振動(dòng)過程中其它任意位置的動(dòng)能和位能之和總等于。【實(shí)驗(yàn)儀器】氣墊導(dǎo)軌、滑塊、數(shù)字毫秒計(jì)、物理天平和游標(biāo)卡尺。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.觀察實(shí)驗(yàn)=1\*GB2⑴、觀察本實(shí)驗(yàn)中振動(dòng)現(xiàn)象，指出滑塊在何處受力最大，何處受力最小；何處速度最大，何處速度最?。缓翁幖铀俣茸畲?，何處加速度最小。=2\*GB2⑵、仔細(xì)觀察滑塊振動(dòng)的振幅有無衰減，分析其原因。=3\*GB2⑶、若將氣墊導(dǎo)軌由水平改為傾斜狀態(tài)觀察滑塊的振動(dòng)，此時(shí)與水平放置有無區(qū)別？振動(dòng)周期是否相同？是否為諧振動(dòng)？試寫出振動(dòng)方程。圖4-20-2圖4-=1\*GB2⑴、氣墊導(dǎo)軌充氣后，把滑塊置于氣軌上并將導(dǎo)軌調(diào)成水平。=2\*GB2⑵、如圖4-20-2將被測(cè)彈簧系于導(dǎo)軌和滑塊之間，滑塊再通過尼龍細(xì)線繞過氣墊滑輪吊一砝碼盤，盤內(nèi)加上45g砝碼使彈簧預(yù)先伸長，記下滑塊位置。然后依次加20g、40g、60g的砝碼并分別記下滑塊的位置。把數(shù)據(jù)記入表4-20-1。求出勁度系數(shù)。3.測(cè)簡諧振動(dòng)的周期=1\*GB2⑴、用已知?jiǎng)哦认禂?shù)的二根彈簧及滑塊按圖4-20-1排布力學(xué)系統(tǒng)。將數(shù)字毫秒計(jì)撥至“手動(dòng)”復(fù)位，然后使滑塊從平衡位置向右（或向左）移動(dòng)cm，放手后仔細(xì)觀察系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況并用數(shù)字毫秒計(jì)記下滑塊完成10次全振動(dòng)所用的時(shí)間。將數(shù)據(jù)記入表4-20-2。=2\*GB2⑵、改變初始位置（即振幅）分別為、，重復(fù)=1\*GB2⑴的內(nèi)容，最后計(jì)算出諧振動(dòng)周期。4.測(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的能量=1\*GB2⑴、將數(shù)字毫秒計(jì)選擇開關(guān)撥至自動(dòng)復(fù)位，把其中一個(gè)光電門移至系統(tǒng)平衡位置處，另一個(gè)光電門置距點(diǎn)約20cm的處，給滑塊一適當(dāng)?shù)某跷灰?，然后放手，滑塊開始振動(dòng)，記錄滑塊遮光時(shí)間和，并將、的值記入表4-20-3中。=2\*GB2⑵、給滑塊不同的振幅、，重復(fù)=1\*GB2⑴的內(nèi)容。=3\*GB2⑶、用游標(biāo)卡尺量出擋光片寬度，用天平稱出滑塊連同彈簧的質(zhì)量，計(jì)算滑塊分別經(jīng)過點(diǎn)、點(diǎn)處的速度和系統(tǒng)在、、各位置處的總機(jī)械能并加以比較?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】1.測(cè)量彈簧的勁度系數(shù)表4-20-1測(cè)彈簧初始位置加砝碼后位置彈簧伸長量伸長量均值標(biāo)準(zhǔn)差20g40g60g80g100g=1\*GB2⑴、計(jì)算出的不確定度，并正確表達(dá)其測(cè)量結(jié)果=2\*GB2⑵、由式計(jì)算勁度系數(shù)的測(cè)量值，由式計(jì)算相對(duì)不確定度，表達(dá)出勁度系數(shù)的測(cè)量結(jié)果2.測(cè)簡諧振動(dòng)的周期表4-20-2測(cè)諧振動(dòng)周期測(cè)量次序改變振幅10個(gè)周期周期T/s周期平均值123=1\*GB2⑴、計(jì)算周期的測(cè)量值和測(cè)量的不確定度，正確表達(dá)測(cè)量結(jié)果。、=2\*GB2⑵、利用周期公式計(jì)算周期的理論值，將周期的實(shí)驗(yàn)值與理論值進(jìn)行比較，計(jì)算百分誤差。3.測(cè)振動(dòng)系統(tǒng)的能量表4-20-3測(cè)量次數(shù)滑塊質(zhì)量擋光片寬度勁度系數(shù)位置時(shí)間速度動(dòng)能勢(shì)能機(jī)械能123運(yùn)用測(cè)到的數(shù)據(jù)分析簡諧振動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化與守恒關(guān)系?！咀⒁馐马?xiàng)】1.閱讀實(shí)驗(yàn)4的注意事項(xiàng)。2.決不能用手去隨便拉伸作簡諧振動(dòng)的彈簧。因?yàn)樗膹椥韵薅群苄?，如果超過彈性限度，彈簧就不能恢復(fù)原狀了?！舅伎碱}】1.從簡諧振動(dòng)周期公式看，測(cè)量時(shí)如何減小誤差？2.諧振系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)能和勢(shì)能如何實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換？4.21分光計(jì)的調(diào)整和使用分光計(jì)是一種分光和精確測(cè)量角度的光學(xué)儀器，可用來測(cè)量三棱鏡的頂角、最小偏向角、光柵的衍射角等，并通過角度測(cè)量來測(cè)定其它一些光學(xué)量，例如棱鏡玻璃的折射率、光柵常數(shù)、光波的波長等。分光計(jì)也是攝譜儀、單色儀等光譜分析儀器的重要部件。分光計(jì)比較精密，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使用時(shí)必須嚴(yán)格按照一定的步驟進(jìn)行調(diào)整，才能得到較高精度的測(cè)量結(jié)果。分光計(jì)的調(diào)整原理、方法和技巧，在光學(xué)儀器中具有一定的代表性?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.調(diào)整分光計(jì)。2.測(cè)量三棱鏡的頂角。3.測(cè)量三棱鏡玻璃的折射率?！緦?shí)驗(yàn)原理】1.自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角圖4-21-1自準(zhǔn)法光路圖圖4-21-2反射法光路圖如圖4-21-1所示為常用的等邊三棱鏡。光線垂直入射于面，而沿原路反射回來，記下此時(shí)光線入射方位，然后使光線垂直入射于面，記下沿原路反射回來的方位，則角圖4-21-1自準(zhǔn)法光路圖圖4-21-2（4-21-1）2.反射法測(cè)三棱鏡頂角如圖4-21-2所示，一束平行光射入三棱鏡，經(jīng)過面和面反射的光線分別沿和方位射出，記下、方位，由幾何學(xué)關(guān)系可知（4-21-2）3.最小偏向角法測(cè)三棱鏡玻璃折射率假設(shè)有一束單色平行光入射到棱鏡上，經(jīng)過兩次折射后沿方向射出，則入射光線與出射光線間的夾角稱為偏向角（如圖4-21-3所示），改變?nèi)肷涔鈱?duì)光學(xué)面的入射角(實(shí)際是轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡），出射光線方向隨之而變，即偏向角發(fā)生變化。繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡偏向角逐漸減小；到某個(gè)位置時(shí)（如圖中由轉(zhuǎn)至）偏向角達(dá)到最小（如圖中由變?yōu)椋?；若再繼續(xù)沿此方向轉(zhuǎn)動(dòng)，偏向角又逐漸增大。圖4-21-3偏向角測(cè)定可以證明（參閱本實(shí)驗(yàn)附錄圖4-21-3偏向角(4-21-3)實(shí)驗(yàn)測(cè)出三棱鏡頂角及最小偏向角，即可測(cè)出（及由分光計(jì)測(cè)定）。圖4-21-4圖4-21-4分光計(jì)結(jié)構(gòu)1.小燈；2.分劃板；3.目鏡；4.目鏡筒制螺絲；5.望遠(yuǎn)鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺絲；6.望遠(yuǎn)鏡鏡筒；7.夾持待測(cè)件的彈簧片；8.平行光管；9.平行光管傾斜度調(diào)節(jié)螺絲；10.狹縫套筒制動(dòng)螺絲；11.狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪；12.游標(biāo)圓盤制動(dòng)螺絲；13.游標(biāo)圓盤微調(diào)螺絲14.放大鏡；15.游標(biāo)圓盤；16.刻度圓盤；17.底座。18.刻度圓盤制動(dòng)螺絲19.刻度圓盤微調(diào)螺絲20.載物小平臺(tái)21.載物平臺(tái)水平調(diào)節(jié)螺絲22.載物平臺(tái)緊固螺絲1.小燈2.分劃板3.目鏡4.目鏡筒制螺絲5.望遠(yuǎn)鏡傾斜度調(diào)節(jié)螺絲6.望遠(yuǎn)鏡鏡筒7.夾持待測(cè)件的彈簧片8.平行光管9.平行光管傾斜度調(diào)節(jié)螺絲10.狹縫套筒制動(dòng)螺絲11.狹縫寬度調(diào)節(jié)手輪12.游標(biāo)圓盤制動(dòng)螺絲13.游標(biāo)圓盤微調(diào)螺絲14.放大鏡15.游標(biāo)圓盤16.刻度圓盤17.底座18.刻度圓盤制動(dòng)螺絲19.刻度圓盤微調(diào)螺絲20.載物小平臺(tái)21.載物平臺(tái)水平調(diào)節(jié)螺絲22.載物平臺(tái)緊固螺絲圖4-21-5⑴、結(jié)構(gòu)圖4-21-5平行光管圖4-21-5①平行光管管的一端裝有會(huì)聚透鏡，另一端內(nèi)插入一套筒，其末端為一寬度可調(diào)的狹縫，如圖圖4-21-圖4-21-6圖4-21-7載物小平臺(tái)②自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡（阿貝式）：阿貝式自準(zhǔn)直望遠(yuǎn)鏡與一般望遠(yuǎn)鏡一樣，具有目鏡、分劃板及物鏡三部分。分劃板上刻劃的是“”形的準(zhǔn)線，且邊上沾有一塊全反射小棱鏡，其表面涂了不透明膜，薄膜上刻了一個(gè)空心十字窗口。小燈泡的光從管側(cè)射入后，調(diào)節(jié)目鏡前后位置，可在望遠(yuǎn)鏡目鏡視場中看到圖4-21-圖4-21-7物鏡后在分劃板上形成十字窗口的像。若平面鏡鏡面與望遠(yuǎn)鏡光軸垂直，此像將落在“”準(zhǔn)線上部的交叉點(diǎn)上，如圖4-21-6圖4-21-8分光計(jì)讀數(shù)裝置③載物小平臺(tái)：載物小平臺(tái)用以放置待測(cè)物體。臺(tái)上有一彈簧壓片夾，用以夾緊物體，臺(tái)下有三個(gè)螺絲，，,可調(diào)節(jié)平臺(tái)水平，如圖4-21-7圖4-21-8分光計(jì)④讀數(shù)裝置：讀數(shù)裝置由刻度圓盤和沿圓盤邊相隔180o對(duì)稱安裝的兩游標(biāo)，組成（稱作角游標(biāo)）如圖4-21-8（a）所示?？潭缺P分成360o，最小分度為半度（30’）,小于半度的讀數(shù)，利用游標(biāo)讀出。游標(biāo)上有30格，故游標(biāo)上的讀數(shù)單位是。角游標(biāo)讀數(shù)方法與游標(biāo)相同，如圖4-21-8（b）所示的位置，其讀數(shù)為87o+(30/+15/)=87o4兩個(gè)游標(biāo)對(duì)稱放置，是為了消除刻度盤中心與分光計(jì)中心軸之間的偏心差。測(cè)量時(shí)，要同時(shí)記下兩游標(biāo)的讀數(shù)。⑵、調(diào)整分光計(jì)在測(cè)量前，必須經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整。調(diào)整分光計(jì)，要求達(dá)到以下幾點(diǎn)：①望遠(yuǎn)鏡聚焦于無窮遠(yuǎn)處，或稱為適合于觀察平行光。②望遠(yuǎn)鏡和平行光管的光軸與分光計(jì)的中心軸線相互正交。③平行光管射出的光是平行光?！緦?shí)驗(yàn)儀器】分光計(jì)、鈉光燈、三棱鏡、平面鏡。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.分光計(jì)的調(diào)整分光計(jì)的型號(hào)有好幾種，它們的基本結(jié)構(gòu)雖然相同，即都由前述的四個(gè)部分組成，但是不同型號(hào)的分光計(jì)，它們各部分調(diào)整螺絲的位置是有所不同的，由于分光計(jì)的調(diào)整螺絲很多（參閱圖4-21-4①調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低傾斜度的螺絲；②控制望遠(yuǎn)鏡（連同度盤）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲；③目鏡調(diào)焦（看清分劃板準(zhǔn)線）手輪；④望遠(yuǎn)鏡聚焦（看清物體）調(diào)節(jié)手輪（或螺絲）；⑤調(diào)整載物臺(tái)水平狀態(tài)的螺絲；⑥控制游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲；⑦調(diào)整平行光管高低傾斜度的螺絲；⑧調(diào)整平行光管上狹縫寬度的螺絲；⑨平行光管調(diào)焦手輪（或螺絲）。⑴、目測(cè)粗調(diào)根據(jù)眼睛粗略的估計(jì)，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡和平行光管上的高低傾斜的調(diào)節(jié)螺絲，使望遠(yuǎn)鏡、平行光管大致呈水平狀態(tài)；調(diào)節(jié)載物臺(tái)下的三個(gè)水平調(diào)節(jié)螺絲，使載物臺(tái)也大致呈水平狀態(tài)（這一步粗調(diào)是細(xì)調(diào)的前提，也是細(xì)調(diào)成功的保證）。圖4-21-9圖4-21-9三棱鏡的①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。②接上小燈泡電源，打開開關(guān)，可在目鏡視場中看到如圖4-21-6③把三棱鏡按圖4-21-9所示的位置放置在載物臺(tái)上，使平臺(tái)下三個(gè)螺絲，，中每兩個(gè)的連線與三棱鏡的鏡面正交，輕輕地放下彈簧壓片夾，夾住三棱鏡。④放松控制游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）轉(zhuǎn)動(dòng)的控制螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）使三棱鏡的某一個(gè)鏡面(例如面)與望遠(yuǎn)鏡光軸大致正交。然后，慢慢地左、右轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，同時(shí)從望遠(yuǎn)鏡中觀察和尋找由鏡面反射回來的綠色小十字像，隨著游標(biāo)盤的旋轉(zhuǎn)像應(yīng)該左、右晃動(dòng)。如圖4-21-10中的圖（a），圖（b），圖（c）所示，隨著游標(biāo)盤自左向右轉(zhuǎn)動(dòng)，綠色小十字像也自左向右移動(dòng)。因此，仔細(xì)緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤可使小十字像調(diào)至視場中央，實(shí)現(xiàn)小十字像和“”準(zhǔn)線中的兩豎線相重合，如圖4-21-10（b）所示。圖4-21-10望遠(yuǎn)鏡中像的調(diào)節(jié)如果在游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，望遠(yuǎn)鏡中看不到小十字像，則說明粗調(diào)尚未調(diào)好，應(yīng)調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲或載物平臺(tái)水平調(diào)節(jié)螺絲，使鏡面與望遠(yuǎn)鏡軸基本正交后，即可看到。待看到隨著游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動(dòng)而左右移動(dòng)的小十字像后，再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤，相繼使三棱鏡透光面、先后對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，找反射像。當(dāng)用、與三個(gè)面均能看到反射的小十字像后，再調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡聚焦手輪（或螺絲），使小十字像聚焦清晰并且與分劃板“準(zhǔn)線”間無視差，望遠(yuǎn)鏡就適合于接受平行光了。圖4-21-10⑶、調(diào)整望遠(yuǎn)鏡的光軸與儀器中心軸線正交圖4-21-12平行光管光軸的調(diào)節(jié)圖4-21-11望遠(yuǎn)鏡光軸的調(diào)節(jié)當(dāng)望遠(yuǎn)鏡中分別能看到三棱鏡、、三個(gè)面上反射的小十字像時(shí)，說明望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器中心軸線基本正交，尚需進(jìn)一步調(diào)整到完全正交。先使望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)面，看到反射的小十字像，它與分劃板上的十字絲一般并不重合，如圖4-21-10（a),豎直線的重合可由緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤來實(shí)現(xiàn),如圖4-21-10(b）或圖4-21-11（a)；水平線重合的調(diào)節(jié)，可采用“減半逐步逼近調(diào)節(jié)法”：調(diào)整望遠(yuǎn)鏡高低傾斜螺絲，使兩水平線的間距由減半縮小為（)，如圖4-21-11（b），然后調(diào)節(jié)面下方載物臺(tái)下的水平調(diào)節(jié)螺絲，使兩水平線“完全重合”，如圖4-21-11（c),再轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)），先后使三棱鏡面、面分別對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，以同樣方法調(diào)整成“完全重合”（注意：調(diào)節(jié)中，載物臺(tái)下螺絲應(yīng)分別調(diào)，）。經(jīng)反復(fù)調(diào)整，直到三棱鏡不論哪一面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，反射回來的小十字像均能和分化板準(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)中心軸線已經(jīng)完全正交了。圖4-21-12圖4-21-11⑷、調(diào)整平行光管①調(diào)整平行光管產(chǎn)生平行光。關(guān)掉望遠(yuǎn)鏡中小燈泡，用燈照亮狹縫，使縫寬適中，取下載物臺(tái)上三棱鏡，以調(diào)好的望遠(yuǎn)鏡為基準(zhǔn)，從望遠(yuǎn)鏡中觀察來自平行光管的狹縫像，調(diào)節(jié)平行光管調(diào)焦手輪（或螺絲），前后微微移動(dòng)狹縫，務(wù)必使狹縫像清晰而無視差。②調(diào)整平行光管的光軸與儀器中心軸線正交。看到清晰的十字像后，轉(zhuǎn)動(dòng)狹縫（但前后不能移動(dòng)）成水平狀態(tài)，調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫水平像被分化板上中央十字線的水平線上下平分，如圖4-21-12（a）所示，然后將狹縫轉(zhuǎn)，再調(diào)節(jié)平行光管傾斜螺絲，使狹縫豎直像被中央十字線的水平線上下平分，如圖4-21-12（b），反復(fù)調(diào)節(jié)幾次即可。2.測(cè)量在正式測(cè)量前，請(qǐng)先弄清你所使用的分光計(jì)中下列各螺絲的位置：①控制望遠(yuǎn)鏡（連同刻度板）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲；②控制望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)的螺絲；③控制游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)螺絲和微動(dòng)螺絲。⑴、自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角將三棱鏡重新放在載物臺(tái)上，由于重新放置，所以位置可能有微小的變化，因此需按上述的調(diào)節(jié)步驟⑶再調(diào)節(jié)校準(zhǔn)一次。旋緊望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺絲，固定望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，調(diào)節(jié)游標(biāo)盤微調(diào)螺絲使反射的小十字像與分化板上部十字絲完全重合（如圖4-21-11（c）所示），分別記下在此位置時(shí)（如圖4-21-1所示）兩對(duì)稱游標(biāo)中指示的讀數(shù)、，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤使面對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡，同上法記下、,可得，，算出再重復(fù)測(cè)五次。⑵、反射法測(cè)三棱鏡頂角如圖4-21-2所示，使三棱鏡的角對(duì)準(zhǔn)平行光管，打開鈉燈（或汞燈），使平行光照射在三棱鏡、面上，旋緊標(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（連同刻度盤）尋找面反射的狹縫像，使分劃板上豎直線與狹縫像基本對(duì)準(zhǔn)后旋緊望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺絲，用望遠(yuǎn)鏡微調(diào)螺絲使豎直線與狹縫完全重合，記下此時(shí)兩對(duì)稱游標(biāo)上指示的讀數(shù)、,轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡至面進(jìn)行同樣的測(cè)量得,可得：，，則再重復(fù)測(cè)5次。以上兩種測(cè)量方法可任選一種，也可兩種全做。⑶、最小偏向角的測(cè)量分別放松游標(biāo)盤和望遠(yuǎn)鏡的制動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同三棱鏡），使平行光射入三棱鏡面如圖4-21-3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡在面處尋找平行光管狹縫像，然后向一個(gè)方向緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同三棱鏡），在望遠(yuǎn)鏡中觀察狹縫像的移動(dòng)情況，當(dāng)隨著游標(biāo)盤轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的狹縫像，正要開始折返回來時(shí)，固定游標(biāo)盤，輕輕地轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，使分劃板上豎直線與狹縫像對(duì)準(zhǔn)，記下對(duì)稱兩游標(biāo)指示的讀數(shù)。然后取下三棱鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡使它直接對(duì)準(zhǔn)平行光管，并使分劃板上豎直線與狹縫像對(duì)準(zhǔn)，記下對(duì)稱的兩游標(biāo)指示的讀數(shù)，可得,再重復(fù)測(cè)量5次?！緮?shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】1、反射法測(cè)量三棱鏡頂角表4-21-1三棱鏡頂角的測(cè)量數(shù)據(jù)測(cè)量次序位置1位置2平均值標(biāo)準(zhǔn)差右窗左窗右窗左窗12345計(jì)算出棱鏡頂角測(cè)量的不確定度，表達(dá)測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果：相對(duì)誤差：2、自準(zhǔn)法測(cè)三棱鏡頂角，表格自擬，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，正確表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。3、最小偏向角的測(cè)量選做，表格自擬?！咀⒁馐马?xiàng)】1.望遠(yuǎn)鏡、平行光管上的鏡頭、三棱鏡鏡面不能用手摸、擦，有塵埃時(shí)，應(yīng)該用專用擦鏡紙輕輕擦拭。三棱鏡要輕拿輕放，避免打碎。2.望遠(yuǎn)鏡和游標(biāo)盤在制動(dòng)螺絲旋緊的情況下，不能硬去扳轉(zhuǎn)它們，以免磨損儀器的轉(zhuǎn)軸。為了避免這種情況的出現(xiàn)，應(yīng)在每次轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡和游標(biāo)盤前，先看一下制動(dòng)螺絲是否放松。3.在暗室中，由望遠(yuǎn)鏡中觀察圖像和分劃板十字線時(shí)，眼睛容易疲勞，所以一要耐心，二要及時(shí)地自我調(diào)節(jié)，即觀察久了要脫離望遠(yuǎn)鏡，讓眼睛休息一下，必要時(shí)做做眼保健操?！舅伎碱}】1.分光計(jì)有哪幾部分組成？2.分光計(jì)的調(diào)整要求是什么？3.轉(zhuǎn)動(dòng)游標(biāo)盤（連同載物臺(tái)）上的三棱鏡時(shí)，如在望遠(yuǎn)鏡中看不到由鏡面反射的小十字像，應(yīng)怎么辦？4.怎樣調(diào)節(jié)可使反射小十字像與分劃板上部十字線的兩水平線相互重合？5.如何判別最小偏向角？6.為什么分光計(jì)要調(diào)整到望遠(yuǎn)鏡光軸與儀器中心軸線正交？不正交時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響？4.22牛頓環(huán)裝置測(cè)量平凸鏡的曲面半徑光的干涉是光的波動(dòng)性的一種表現(xiàn)?！芭ｎD環(huán)”是一種分振幅等厚干涉現(xiàn)象，最早為牛頓所發(fā)現(xiàn)，但由于他主張光的微粒說而沒能對(duì)它作出正確的解釋，牛頓環(huán)干涉現(xiàn)象在光學(xué)加工中有廣泛應(yīng)用?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.了解牛頓環(huán)等厚干涉的原理和觀察方法。2.掌握用牛頓環(huán)測(cè)量透鏡曲率半徑的方法?！緦?shí)驗(yàn)原理】圖4-22-1牛頓環(huán)原理圖圖4-22-2牛頓環(huán)干涉條紋當(dāng)一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面與平面玻璃接觸時(shí)，兩者之間就形成了一個(gè)空氣間隔層，如圖4-22-1所示。間隙層的厚度從中心接觸點(diǎn)到邊緣逐漸增加，若有一束單色光垂直地入射到平凸透鏡上，則空氣間隔層上下表面反射的兩束光存在光程差，它們?cè)谄酵雇哥R的凸面上相遇時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)凸透鏡面的曲率半徑很大時(shí)，在點(diǎn)處相遇的兩反射光線的光程差為該處空氣間隙厚度的兩倍，即；又因這兩條相干光線中有一條光線來自光密媒質(zhì)面上的反射，另一條光線來自光疏媒質(zhì)面上的反射，它們之間有一大小為的相位突變，通常叫做“半波損失”，所以，在圖4-22-1牛頓環(huán)原理圖圖4-22-2牛頓環(huán)干涉條紋（4-22-1)光程差是隨空氣間隙厚度改變的，相同厚度處的干涉狀態(tài)相同，所以叫“等厚干涉”，干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心的許多同心圓環(huán)，如圖4-22-2所示。當(dāng)光程差滿足（4-22-2)時(shí)為暗條紋，將式（4-22-1）代入式（4-22-2）后，得到暗條紋的空氣間隙層厚度滿足（4-22-3)由此可見，接觸點(diǎn)處，對(duì)應(yīng)的是零級(jí)暗條紋。明條紋的光程差應(yīng)滿足,它出現(xiàn)在空氣間隙厚度為處，由于一般測(cè)量時(shí)均使用暗條紋，所以對(duì)亮條紋不再詳述?？諝忾g隙層厚度和透鏡凸面曲率半徑及干涉環(huán)暗條紋的半徑之間有著簡單的幾何關(guān)系，即：（4-22-4)因?yàn)?gt;>，所以<<，略去項(xiàng)，將式（4-21-3)代入式（4-22-4)后，得出暗條紋的半徑為：（4-22-5)由式（4-22-5)可以看出，如果單色光源的波長已知，測(cè)出個(gè)暗環(huán)的半徑，就可以標(biāo)出曲率半徑，反之，如果已知，測(cè)出后，就可以計(jì)算出入射單色光源的波長。但是用此測(cè)量關(guān)系式時(shí)往往誤差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的點(diǎn)接觸，接觸壓力會(huì)引起局部形變，使接觸處成為一個(gè)圓面，干涉環(huán)中心為一暗斑；或者空氣間隙層中有了塵埃，附加了光程差，干涉環(huán)中心為一亮（或暗)斑，所以無法確定環(huán)的幾何中心，比較準(zhǔn)確的方法是測(cè)量干涉環(huán)的直徑，在數(shù)據(jù)處理上可采用兩種方法：1.圖解法處理測(cè)出了個(gè)對(duì)應(yīng)環(huán)的直徑，由式（4-22-5）可得（4-22-6)作圖線，應(yīng)為一直線，由其斜率，可算或。2.逐差法處理測(cè)出了各后，將其分成兩組，可分別得,，因而有：（4-22-7)求出了組（）平均值，即可算出或。本實(shí)驗(yàn)用讀數(shù)顯微鏡測(cè)量牛頓環(huán)直徑，讀數(shù)顯微鏡的構(gòu)造原理和使用方法，請(qǐng)參閱3.2.1.4小節(jié)“讀數(shù)顯微鏡”部分。【實(shí)驗(yàn)儀器】讀數(shù)顯微鏡、平凸透鏡和平面玻璃組成的牛頓環(huán)裝置、450平面反射玻璃片、鈉光燈。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1.實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-22-3所示。鈉光燈（圖中4）發(fā)出波長＝黃色光，經(jīng)玻璃片（圖中7)反射后，垂直入射到由平面玻璃（圖中5）和平凸透鏡（圖中8）組成的牛頓環(huán)元件，形成的牛頓環(huán)可通過讀數(shù)顯微鏡觀察，觀察時(shí)眼睛位于讀數(shù)顯微鏡目鏡（圖中3）的上方。使用讀數(shù)顯微鏡應(yīng)進(jìn)行下列三步調(diào)整：⑴、對(duì)焦：移動(dòng)牛頓環(huán)元件使其幾何中心對(duì)準(zhǔn)讀數(shù)顯微鏡的物鏡。⑵、調(diào)焦：調(diào)解目鏡使十字叉絲清晰，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)節(jié)手輪，使鏡筒由最低位置緩緩上升，邊升邊觀察，直至在目鏡中看到聚焦清晰的牛頓環(huán)。圖4-22-3牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置1.讀數(shù)鼓輪；2.物鏡調(diào)節(jié)螺釘；3.目鏡；４.鈉光燈；5.平板玻璃；6.物鏡；7.反射玻璃片；8.平凸透鏡；9.載物臺(tái)；10.支架。圖4-22-3牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置1.讀數(shù)鼓輪；2.物鏡調(diào)節(jié)螺釘；3.目鏡；４.鈉光燈；5.平板玻璃；6.物鏡；7.反射玻璃片；8.平凸透鏡；9.載物臺(tái)；10.支架。2.牛頓環(huán)直徑的測(cè)量⑴、請(qǐng)考慮如何測(cè)量才能保證測(cè)出的是牛頓環(huán)的直徑而不是弦長。⑵、旋轉(zhuǎn)讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)鼓輪，使顯微鏡筒向左移動(dòng)，同時(shí)從中心開始數(shù)干涉條紋暗環(huán)級(jí)次到30環(huán)以上，然后鼓輪反轉(zhuǎn)，使顯微鏡筒向右移動(dòng)，當(dāng)顯微鏡叉絲豎線與第30個(gè)暗環(huán)寬度的中心線相切時(shí)，記下顯微鏡標(biāo)尺讀數(shù)，繼續(xù)向右移動(dòng)，依次讀出，，繼續(xù)沿同一方向移動(dòng)顯微鏡筒，越過干涉環(huán)圓心，測(cè)出同級(jí)干涉環(huán)另一邊的，數(shù)據(jù)記錄于表格中，求得30～15環(huán)的直徑測(cè)量過程中，不能中途倒退，只能單方向前進(jìn)。⑶、重復(fù)步驟⑵再測(cè)一次。⑷、測(cè)量完成后，觀察一下白光照射下的牛頓環(huán)干涉圖樣，并與鈉光下觀察的圖樣作比較。【數(shù)據(jù)記錄與數(shù)據(jù)處理】平凸鏡的凸面半徑的測(cè)量表4-22-1牛頓環(huán)直徑的測(cè)量數(shù)據(jù)圈數(shù)顯微鏡讀數(shù)左方右方302029192818271726162515計(jì)算出，本實(shí)驗(yàn)中相對(duì)很小(小于)，可忽略不計(jì)，則。所以，取，代入，計(jì)算平凸鏡半徑；由計(jì)算的不確定度。平凸鏡曲面半徑測(cè)量結(jié)果：相對(duì)誤差：重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表4-22-2牛頓環(huán)直徑的測(cè)量數(shù)據(jù)（重復(fù)測(cè)量）圈數(shù)顯微鏡讀數(shù)左方右方15161718192021222324252627282930=1\*GB2⑴重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)用圖解法處理，方法是以數(shù)據(jù)表中第15至第30條條紋直徑平方為縱坐標(biāo)，條紋級(jí)次為橫坐標(biāo)，用Excel圖表導(dǎo)向作出圖線，并用擬合的線性方程，求得斜率，由斜率值求得平凸鏡的半徑〔見式（4-22-6)〕。=2\*GB2⑵將兩種處理方法得到的平凸鏡半徑進(jìn)行比較。【注意事項(xiàng)】1.讀數(shù)顯微鏡在調(diào)節(jié)中要防止其物鏡與45o玻璃片或被測(cè)牛頓環(huán)元件相碰。2.在測(cè)量牛頓環(huán)直徑的過程中，為了避免螺距誤差，只能單方向前進(jìn)，不能中途倒退后再前進(jìn)?！舅伎碱}】1.牛頓環(huán)干涉條紋形成在哪一個(gè)面上（即定域在何處）？2.實(shí)驗(yàn)中為什么測(cè)牛頓環(huán)直徑而不測(cè)半徑，如何保證測(cè)出的是直徑而不是弦長？3.若牛頓環(huán)裝置中落入了灰塵，因而平凸透鏡與平面玻璃間離開了距離，若仍要測(cè)量透鏡的曲率半徑，則其測(cè)量關(guān)系式是怎樣的？為什么？4.23楊氏雙縫干涉1801年，英國物理學(xué)家托馬斯·楊（ThomasYoung）首先用實(shí)驗(yàn)方法研究了光的干涉現(xiàn)象。他是讓太陽光通過一個(gè)針孔，再通過離這針孔一段距離的兩個(gè)針孔，在兩針孔后面的屏幕上得到了干涉圖樣。繼而發(fā)現(xiàn)，用相互平行的狹縫代替針孔，可以得到明亮得