物理光學實驗指導書(長春理工大學).pdf

物理光學實驗指導書物理光學實驗指導書 張磊 陳宇等主編 長春理工大學光電工程學院 2004 年 1 前前言言 按照 物理光學 教學大綱規(guī)定的實驗要求 并結合光電工程學院的 物理光學 教學 特點及具體的實驗情況 我們新編了 物理光學實驗指導書 本指導教程著眼于物理光學實驗的原理及內容 側重于相關實驗現(xiàn)象的分析及理解 以 提高學生的綜合分析能力的培養(yǎng) 達到理論教學與實驗教學的融合及統(tǒng)一 在該實驗指導教 程中共包含八項實驗 系統(tǒng)的介紹了所有實驗的原理 內容 步驟 裝置等 并在每個實驗 中都配備了相應的思考題 在編寫過程中吸納了過去實驗教學的經(jīng)驗與長處 具有自己的特 色 本教程由光電工程學院張磊 陳宇等主編 由于本人水平有限 教程中難免有不足之處 衷心希望廣大讀者對教程中的不足之處給 予批評指正 編者 2003 年 12 月 2 目目錄錄 實驗一 用激光照明的邁克耳遜干涉儀 1 試驗二 法布里 珀羅干涉儀實驗 3 實驗三 擴展光源的夫瑯禾費衍射 5 實驗四 色散實驗 10 實驗五 旋光實驗 14 實驗六 偏振光演示實驗 18 實驗七 激光衍射光強自動記錄系統(tǒng)實驗 19 實驗八 激光衍射演示實驗 20 1 實驗一 用激光照明的邁克耳遜干涉儀 一 實驗目的 1 掌握邁克耳遜干涉儀的工作原理并學會調整邁克耳遜干涉儀 2 2 2 2 了解在激光照明條件下邁克耳遜干涉儀所形成的干涉條紋的特征 二 實驗內容 1 調整邁克耳遜干涉儀并觀察其產(chǎn)生的等傾及等厚條紋形態(tài) 2 2 2 2 學會采用邁克耳遜干涉儀測量準單色光的波長 三 實驗儀器 激光照明的邁克耳遜干涉儀一臺 含其附件 四 邁克耳遜干涉儀的原理 邁克耳遜干涉儀的原理光路如圖1 1 所示 光源 S 發(fā)出的光首先到達分光板 的第二 1 G 1 G 個折射面上涂有半反半透膜層 入射光將在分光面上 同時發(fā)生反射及折射 形成1 2 兩支光路 1 光路經(jīng) 由反射鏡反射 透射進入觀察系統(tǒng) 2 支光路 1 M 1 G 經(jīng)補償板透射 反射鏡反射及的分光面反 2 G 2 M 1 G 射之后進入觀察系統(tǒng) 1 2 兩支光路相遇發(fā)生干涉通 過觀察系統(tǒng)即可觀察到干涉條紋 當采用擴展光源時將形成定域條紋 若此時兩個 反射鏡相平行 則形成定域于無限遠的等傾 21 M M 干涉條紋 若之間有一小的夾角 則將產(chǎn)生 21 M M 等厚條紋 條紋定域在傾斜反射鏡附近 反射鏡 可以借助于微動鼓輪在精密導軌上前后移 21 M M 動 當前后移動反射鏡改變的位置時 將改變虛 2 M 平板 或虛楔板 的厚度 條紋將發(fā)生移動 圖1 1 當采用的是點光源照明的條件下 諸如本次實驗 將產(chǎn)生非定域條紋 只要在兩只光 路重疊的空間里都能產(chǎn)生干涉條紋 因此不用任何成像元件只用一個白屏就能夠看見干涉條 紋 可見當采用激光點光源照明時比較容易觀察到干涉現(xiàn)象 五 測量步驟 首先接通激光器的電源開關 用激光束照明邁克耳遜干涉儀 調整激光管的高低位 置 以便使激光將束能進入系統(tǒng) 固定反射鏡的位置 調整反射鏡后的三個粗調螺釘 使兩個反射鏡基本垂 1 M 2 M 直 或基本平行于 此時在觀察屏上可以觀察到弧狀的條紋 如果條紋很密 通過 1 M 2 M 2 繼續(xù)調節(jié)反射鏡后的三個粗調螺釘能夠使條紋變疏并使條紋成圓形并令環(huán)的中心處于視 2 M 場的中心位置處 轉動反射鏡附近的測微鼓輪 反射鏡將發(fā)生前后的移動 此時觀察屏上 2 M 2 M 的條紋將隨著反射鏡的移動不斷的收縮或者冒出 令視場中心的條紋是亮條紋 或暗條 2 M 紋 此時讀出測微鼓輪上的讀數(shù) 然后再轉動測微鼓輪 數(shù)出冒出 或收縮 的條紋數(shù) 1 a 為個 再次讀出測微鼓輪上的讀數(shù) 則兩次讀數(shù)之差即為反射鏡移動的距離20 N 2 a 2 M h 利用公式就能夠求出激光的波長 Nh 2 如此反復測量5 次取其平均值 六 思考題 1 激光照明的邁克耳遜干涉儀實驗與用擴展光源照明的邁克耳遜干涉儀實驗室內有何 不同 2 擴展光源照明的邁克耳遜干涉儀中 補償板的作用 3 實驗二 法布里 珀羅干涉儀實驗 一 試驗目的 1 掌握法布里 泊羅干涉儀使用方法 2 進一步理解多光束干涉的理論和條紋特點 3 測量單色光的波長 二 實驗內容 1 調整F P 干涉儀能夠觀察到多光束干涉的條紋圖案 2 測量鈉黃光的平均波長 三 實驗儀器 F P 干涉儀 四 試驗原理 F P 干涉儀屬于多光束干涉儀器 圖1 1 是該儀器的光路原理圖 S G1G2 L1L2 圖 1 1 F P 干涉儀原理圖 由擴展源 S 納光燈 發(fā)出的光經(jīng)鍍高反膜表面G 和 G 之間的多次反射 變成互相平 12 行的多光束并且相干 干涉條紋的定域在無限遠處 人眼通過由透鏡L 和 L 組成的望遠鏡 21 便可觀察到同心圓環(huán)狀的等傾干涉條紋 亦可用眼睛直接觀察干涉條紋 G 固定不動 G 可以平移 因此改變 G 和 G 的間距h G 和 G始終保持嚴格平行 211212 根據(jù)多光束干涉理論 則相鄰兩束光的光程差為 2hcos 其中 是 G 和 G 之間的反 12 射角 h 是 G 和 G 之間的間距 則相位差為 12 cos4h 透射光的干涉強I 滿足下式 t 4 0 t I I 2 sin1 1 2 F 當 即 m2 2hcos m m 整數(shù) 產(chǎn)生等傾兩干涉環(huán) 當平板的反射率很高時 即F 很大 條紋對比度也很高 并且亮環(huán)的寬 度變窄 因此在同級于涉條紋中 波長差很小的兩條譜線可以分解開 這對于光譜分析和提 高測量精度都提供了有利的條件 五 實驗步驟 調整法布里一珀羅干涉儀 視察現(xiàn)象 開啟鈉光燈 拿開毛玻璃 移開望遠鏡 眼睛通過G 和 G 直接看鈉光燈的燈絲 12 若看到一串燈絲象 則說明G 和 G 不平行 應該先調節(jié)G 或 G 后面的粗調螺釘 直到燈 1212 絲象重合為止 這時 可以看到隱約可見的圓環(huán)條紋 調節(jié)粗調螺釘 使得圓環(huán)的中心大體 上在視場中心 在鈉光燈前面插入毛玻璃 并且把望遠鏡對準平板 調節(jié)目鏡 便條紋比較清楚 然后調節(jié)支架上的水平和垂直微調螺釘 使得條紋呈圓形 并使圓環(huán)的中心剛好在視場中心 處 如果條紋不夠清楚 應該調節(jié)讀數(shù)鼓輪移動G 直到條紋清楚為止 1 向一個方向 注意G 和 G 不要碰在一起 以免破失儀器 移動 G 一會同級 121 干涉條紋出現(xiàn)雙環(huán) 過了一會又出現(xiàn)單環(huán) 連續(xù)移動G 單 雙環(huán)將周期性地出現(xiàn) 想想看 1 為什么 測量鈉黃光的平均波長 當角很小時 3 式變成 2h m 4 將上式微分后得 2 或 5 h m m h 2 對于條紋變化的個數(shù) 測量出 可以根據(jù)上式計算鈉黃光的平均波長 m h 六 思考題 1 用一塊不透光的紙插入和之間 擋住一半 問視場中的條紋有何變化 為什 1 G 2 G 么 2 法布里 珀羅干涉儀和邁克耳遜干涉儀所產(chǎn)生的等傾干涉環(huán)之主要區(qū)別是什么 想 想看為什么 3 當干涉環(huán)向中心收縮時 干涉級次是增加了還是減少了 如果干涉環(huán)由中心向外冒 出呢 5 實驗三 擴展光源的夫瑯禾費衍射 一 實驗目的 1 驗證 在用透鏡實現(xiàn)夫瑯禾費衍射的條件下 光源與夫瑯禾費衍射圖 即衍射譜面 是互為共軛的關系 即物 像關系 2 加深理解光源的擴展對衍射條紋的影響 二 實驗內容 調整儀器能夠觀察到夫瑯禾費衍射現(xiàn)象 對有關數(shù)據(jù)進行測量 三 實驗儀器 光具座一個 讀數(shù)顯微鏡一臺 鈉光燈一臺 柱面鏡一塊 單縫 雙縫和光柵一個 四 實驗裝置與原理 實驗裝置如圖 1 所示 將鈉燈 單縫 雙縫 柱面鏡和讀數(shù)顯微鏡按圖 1 的編號 依次擺在光具座上 用鈉燈照射單縫 形成系統(tǒng)的光源 設單縫至柱面鏡的距離為 0 l 圖 擴展光源的夫瑯禾費衍射原理圖 夫瑯禾費衍射譜至柱面鏡的距離為 則二者必須滿足透鏡規(guī)律 即 2 l 02 f 1 l 1 l 1 式中 表示柱面鏡的焦距 f 6 這是一維夫瑯禾費衍射裝置 取X 軸和Y 軸分別垂直于和平行于柱面鏡的母線 則夫瑯 和費衍射積分為 2 1 xu2iux2i 12 dxee x tc x u 101 式中 c 是包括二次位相因子的常量 與積分變量無關 空間頻率 3 1 0 l b u 21 0 ll l u 此處 b 表示單縫至Y 軸的距離 設雙縫的間距為d 縫寬為a 則它的透射為 4 2 d x 2 d x a x rect x t 11 1 1 將 4 式代入 2 式得到 5 d uu cos uu a csinca2 x U 002 衍射光的強度為 6 d uu cos uu a csinI4 x U x U x I 0 2 0 2 0 2 22 當 a 很小時 1 這屬于雙縫干涉的問題 這時 6 式變成 uu a csin 0 7 d uu cosI4 x I 0 2 02 由此可見 干涉條紋是等距條紋 相鄰兩個條紋的音頻率間距為 8 d 1 u 條紋的半寬度為 9 d 1 u 2 1 現(xiàn)在考慮光源擴展 即單縫有一定的寬度W 對干涉條紋的影響 由于鈉光是空間非相 干光源 所以可以把單縫視為由許多線光源組成的 并且它們彼此之間是不相干的 每一個 線光源都產(chǎn)生自己的干涉圖 將它們重疊在一起就形成了擴展光源的干涉圖 這樣一來 只 考慮單縫中心和兩端的三個線光源產(chǎn)生的干涉圖 而其它線光源產(chǎn)生的干涉圖分布在其中 取即 2 w b 7 10 1 0 l2 w u 對于位于單縫中心的線光源來說 可見位于單縫兩端的線光源產(chǎn)生的干涉圖 見0u0 圖 2 3 a 和 c 相對于位于單縫中心的線光源產(chǎn)生的干涉圖 見圖2 3 b 來說 在 空間頻率上錯開的距離 圖2 3 d 表示擴展光源產(chǎn)生的干涉圖 可見亮條紋對稱地向 0 u 兩側展寬 條紋的空間頻率間隔不變 仍然是 當不大于時 可以分辨出亮條紋和 d 1 0 u d2 1 暗紋 即 11 d2 1 u0 將 10 式代入 11 式中得到 或 12 d l w 1 w 其中 表示干涉孔徑角 這個結論與楊氏雙縫干涉一致 由此可以推出 當 1 l d 13 w4 時 干涉條紋的對比度不低于0 9 E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 現(xiàn)在我們用多縫代替雙縫 分析光源擴展的影響 仍然用a 表示縫寬 用d 表示相鄰兩 8 個縫之間的距離 設共有N 個縫 則多縫的透射函數(shù)為 14 N 1m 1 1 1 mdx a X rect x t 將 14 式代入積分 2 中 可以推導出 15 uu dsin uu Ndsin uu a csinI4 x I 0 0 0 2 02 可見 相鄰兩個條紋的空間頻率間隔為 而條紋的空間頻率寬度為 也就是說 d 1 Nd 2 亮條的寬度與 N 成反比 N 越大亮紋的寬度越窄 特別是光柵 由于 d 很小 而 N又很大 因此衍射條紋的亮很窄 相鄰兩個亮紋的間距很大 這樣 光源的擴展對于雙縫衍射和多縫 衍射便有很大的區(qū)別 舉例來說明 設N 10 則擴展光源的衍射條紋如圖2 4 所示 亮紋的 空間頻率寬度為 00 u2 Nd 1 u 2 E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 將 3 式微分得到 16 21 20 ll Xl u 當時 便是亮條紋的寬度 即 0 u2u 2 X 17 MW l wl 0 2 9 此處表示放大率 17 式得物理意義是 衍射亮條紋實際上就是光源 即 0 2 l l M 單縫 的像 因此 對于光柵或類光柵物體來說 光源的擴展不會降低條紋的對比度 但使 得衍射條紋展寬了 正是這個原因 光柵光譜儀的實際分辨本領與光譜儀的狹縫有關 狹縫 越窄分辨本領越高 但是光譜儀器的實際分辨本領不到理論分辨本領 五 實驗步驟 用讀數(shù)顯微鏡測量單縫的寬度W 以及雙縫的間距d 和每個縫的寬度a 一律測量5 次 再求平均值 然后將讀數(shù)顯微鏡的鏡筒水平放置 先將鈉光燈 單狹縫和柱面鏡按圖 1 的編號擺在光具座上 調節(jié)支架的高度使三 者的中心到導軌的高度相等 然后 接通鈉光燈的電源 擺上讀數(shù)顯微鏡 調節(jié)它的高低 轉動顯微鏡的手輪 使鏡筒左右轉動 直至光源進入物鏡為止 然后轉動讀數(shù)鼓輪 使鏡筒 前后移動 可以看到單狹縫的像 再旋轉目鏡使單縫的像清楚為止 將雙縫插在單縫和柱面鏡之間的支架上 調節(jié)高低和左右位置 通過目鏡可以看到 雙縫的夫瑯禾費衍射條紋 左 右移動雙縫 觀察衍射條紋是否移動 如果移動 說明衍射 譜面不完全與像面重合 這時 應該轉動鼓輪使鏡筒前 后移動 同時左 右移動雙縫 直 至衍射條紋不動為止 這樣 衍射譜面與物鏡道德像面完全重合 向單狹縫方向移動雙縫 直到剛好能分辨開衍射條紋為止 測量 然后 將雙縫 1 l 向柱面鏡方向移動 直至衍射條紋最清楚為止 測量 計算二者的干涉孔徑角 與理論值 1 l 相比較 看是否滿足 12 式和 13 式 轉動單狹縫 或雙縫 觀察條紋有何變化 并說明理由 用光柵代替狹縫 前 后 左 右移動光柵 觀察衍射條紋是否有變 轉動單狹縫 觀察衍射條紋有無變化 為什么 用讀數(shù)顯微鏡測量相鄰兩個條紋的間距 再測量單狹縫至柱面鏡的距離 2 X 0 l 以及它至雙縫的距離l 已知鈉黃光的平均波長為 光柵刻線數(shù)為 mm 105893 0 3 將代入 16 式可以推導出 mm 50 d 1 u 18 1 20 2 l Xdl l 將測量數(shù)據(jù)代入 18 式中 計算 然后利用 1 式計算柱面鏡的焦距f 2 l 六 思考題 1 在實驗過程中 利用如下現(xiàn)象判斷夫瑯禾費衍射譜面是否與顯微鏡的像面重合 即 左 右移動衍射物 如雙縫 光柵等 觀察衍射條紋是否移動 如果不動 說明二者重合 10 如果移動 說明不重合 說明理由 2 當轉動單狹縫 即光源 時 雙縫夫瑯禾費衍射實驗中 觀察到什么現(xiàn)象 而在光 柵夫瑯禾費衍射中 又觀察到什么現(xiàn)象 二者有什么區(qū)別 為什么 11 實驗四 色散實驗 一 實驗目的 1 掌握通過測量最小偏向角來測量光學折射率的方法 2 用最小二乘法計算色散方程中的系數(shù) 二 實驗內容 調整儀器能夠觀察到棱鏡的色散譜線 對有關數(shù)據(jù)進行測量 三 實驗儀器 JJY 型分光儀一臺 汞燈一臺 棱鏡一個 四 實驗原理 光學玻璃的色散方程可以寫成 4 1 42 2 CB An 對于不同的玻璃 系數(shù)A B C 是不同的 可以用實驗的方法來確定A B 和 C 原則 上 測量三個波長對應的折射率之值 便可以解出A B 和 C 但是 由測量過程中不可避免 地產(chǎn)生誤差 所以測量三個以上波長對應的折射率之值 這樣依據(jù) 4 1 中以寫出方程組 即 4 2 2 1 2 CB An 4 2 2 2 2 2 CB An 4 3 2 3 2 3 CB An 4 2 42 2 mm m CB An 使用最小二乘法原理 可以解出A B 和 C 然后將這三個系數(shù)代入方程 4 1 中 便 得到已知牌號玻璃的色散方程 12 測量折射率的方法很多 本實驗使用最小偏向角法 見圖4 1 和分別表示 1 2 棱鏡位頂角 入射角和折射角 當時 折射光線 FR 的偏角 即入射光線DN 與折射 21 光線FR 的交角 最小 稱之為最小偏向角 用表示它 根據(jù)折射定律有 min 4 3 11 sinsinin 22 sinsinin 當時 根據(jù)的內角之和等于180 可以推導出 21 21 ii DEF min n D F N R 1 2 圖 4 1色散實驗原理圖 4 4 2 21 ii 根據(jù)的外角等于不相鄰的內角之和 可以推導出 DEF min 4 5 2 min 21 將 4 4 式和 4 5 式代入 4 3 式中得 4 6 2 sin 2 sin min n 可見 用分光儀 測角儀 測量出和 便可以用 4 6 式計算出 因此 該 min n 實驗的關鍵在尋找最小偏向角 min 因為最小偏向角是唯一的 即只有當 時 其它位置 于是 21 min min 最小偏向角可以這樣來尋找 見圖4 1 13 以入射光線DN 為角度原點 即零位 0 用望遠鏡瞄準出射光線方向FR 以平行A 棱的軸線為轉軸轉動棱鏡 FR 方向也將發(fā)生變化 由于存在最小偏向角 所以 入射光與出射光夾角 始終大于一個角度 min 當調整到時 左旋或右旋棱鏡出射光線都會向BC 邊偏轉 細心微量反復轉動棱 21 鏡 瞄準這一極限位置 即是最小偏向角位置 五 實驗步驟 1 調整分光儀 1 先將棱鏡放在載物臺上 用半補償法使得棱鏡AB 面和 AC 面的法線與望遠鏡的光 軸平行 2 接通汞燈電源開關 將棱鏡按圖4 1 光路圖擺好 在棱鏡AC 面這側向底邊 BC 轉 動望遠鏡 找到汞燈的光譜線 將望遠鏡瞄準某條譜線 如紫線 如果譜線不清楚 先調整 望遠鏡的目鏡 使得分劃板上的黑十字線最清楚為止 然后 前后移動平行光管的狹縫 使 得譜線剛好在分劃板上 這時擺動眼睛 譜線相對黑十字線不動 如果譜線過寬 調節(jié)狹縫 的寬度使譜線變窄 如果譜線偏低或偏高 調節(jié)平行光管下面的螺釘 使譜線居中 最后取 下棱鏡 轉動望遠鏡使得分劃板上的豎直黑線與狹縫亮像的中心對齊 鎖住望遠鏡 打開載 物臺的鎖緊螺釘 并轉動它使得右側游標的零刻線與度盤的零刻線對齊 而左側的游標的零 刻線與度盤的刻線對齊 這兩個位置便是右 左兩側讀數(shù)的零位 鎖好載物臺的鎖緊螺 180 釘 準備測量 2 測量棱鏡的頂角 將棱鏡放在載物臺上的適當位置 使AB 和 BC 兩面便于測量 上 轉動望遠鏡使得從AB 面反射回來的黃色十字線的豎線與分劃板的黑十字線的豎線對齊 這時望遠鏡的光軸垂直于 棱鏡 AB 面 也就是 AB 面的法線 FN 平行于望遠鏡的光軸 記下左 右盤的讀數(shù) AB n1 AB n2 取 平 均 值 然 后 按 同 樣 方 法 測 量 AC 面 法 線 的 讀 數(shù) 即 2 1 21 AB n AB n AB n 2 1 21 AC n AC n AC n 4 7 180 AB n AC n 反復測量5 次 取平均值 3 測量紫光 的最小偏向角 um4047 0 將棱鏡按圖4 1 的光路擺在分光儀的載物臺上 用眼睛可以看到汞燈的各種顏色的譜線 14 再轉動望遠鏡大致使分劃板的豎十字黑線與紫線對齊 此時按照上面講的方法 轉動載物臺 使紫光譜向入射光線方向偏轉 當轉動到某一位置時如再繼續(xù)轉動 譜線會向相反方向移動 轉動望遠鏡瞄準這一位置 在這一位置附近微量來回轉動載物臺 觀察譜線運動 并使譜線 移動到與入射光軸最近的地方 瞄準這一位置 記下讀數(shù) 則 左R 右R 180 2 1 min 右左RR 然后再重復測量三次 計算平均值及均方誤差 min 4 測量蘭光 黃綠光和紅光的最小偏向角方法同3 每種都要測量三次 注意各種顏色 光之間最小偏向角測定之后 都應校對度盤零位是否移動 如移動應加以補償 min 六 思考題 1 怎樣使用色散方程計算棱鏡的角色散 并且計算黃雙線的角間距 2 怎樣使用色散方程計算棱鏡的理論分辨本領 15 實驗五 旋光實驗 一 實驗目的 1 掌握三分視場測量振動面旋轉的原理 2 測量溶液的旋光率 二 實驗內容 調整旋光儀 觀察現(xiàn)象 測量蔗糖溶液的濃度 三 實驗儀器 WZX 1 光學度盤旋光儀 量杯二只 天平一臺 四 WZX 1 光學度盤旋光儀的工作原理 圖 5 1 該儀器的光學系統(tǒng)如圖5 1 所示 由光源射出的光 經(jīng)過聚光鏡 濾 um5893 0 色片和起偏器之后成為線偏振光 然后均勻的照射到半波片上 半波片由石英晶體制成 中 央切掉一條 設半波片的快軸與起偏器的透射軸成角 則透過半波片后 三分視場中的線 偏振動方向如圖5 2 所示 設檢偏器的透射軸與起偏器的透射軸之間的夾角為 由于三分 視場的中央沒有半波片 因此 線偏振光的振動方向旋轉角 見圖5 3 a 設檢偏器的 2 透射軸平行半波片的慢軸 儀器的半波片與度盤聯(lián)動 設此時的讀數(shù)為 則經(jīng)過檢偏器之 0 后 三分視場中的照度分別為 2 031 sinIII 2 02 sinII 16 E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 圖 5 2 此時三分視場的照度是均勻的 見圖5 3 b 式中 表示透過起偏器的光強 2 00 EI 度 如果起偏器轉動角 讀數(shù)為 則 見圖5 3 b 則透過檢偏器之后 0 三分視場的照度分別為 5 1 sin 0 2 021 III 5 2 sin 0 2 2 II 當檢偏器轉動時 即 由 1 式和 2 式分別 2sin 2 031 III 0 2 I E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 圖 5 3 此時 三分視場中央最暗 兩側亮 見圖 5 4 a 當檢偏器轉動時 即 由 5 1 式和 5 2 式得 0 0 31 II 17 2sin 2 02 II E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 圖 5 4 此時 三分視場中央亮 而兩側變暗 見5 4 C 剛好與圖3 a 的照度反轉 當檢 偏器轉動 即 則三分視場的照度為 90 90 0 2cos2 031 III 02 II 此時 三分視場中央最亮 而二側較暗 見圖5 4 d 當檢偏器旋動 即時 則 90 90 0 2 0321 cosIIII 此時 視場照度均勻 見圖5 4 e 但是與圖5 4 d 的照度不同 二者互補 而且 角越小 二者的區(qū)別越大 當檢偏器轉動 即時 則 90 90 031 III 2cos2 02 II 此時 管三分視場兩側最亮 而中央較暗 見圖 5 4 f 當和 180 0 時 分別重復圖4 a b 和 c 如果檢偏器繼續(xù)轉動到 則重復出圖5 4 180 360 d e f 因此 三分視場法的測量范圍為 我們選取圖5 4 b 為零位 如果 180 旋光溶液使得振動面旋轉角 則三分視場的照度分別為 5 3 sin 0 2 031 III 18 5 4 sin 0 02 II E1 E3 快軸 慢軸 E2 檢偏 圖 5 5 當時 則 0 2 0231 sinIIII 再次出現(xiàn)視場均勻的情況 即圖5 4 b 因此 如果試管內沒有注入有溶液時 轉動手輪 使得視場出現(xiàn)圖5 4 b 的情況 記下讀數(shù) 注入溶液后 再轉動手輪 使得視場重新 0 出現(xiàn)圖5 4 b 的情況 記下讀數(shù) 則溶液的旋光角為 5 5 0 如果 則是右旋物質 如果 則是左旋物質 這便是旋光儀測量溶液旋光角 0 0 的原理 由于 5 6 CL T 式中 表示溶液的旋光率 它是溫度和濃度的函數(shù) C 表示溶液的濃度 即 T g 100ml L 表示試管的長度 單位未cm 如果已知C 是可以由 5 6 式計算出 5 7 100 2 gcm CL T 如果已知 則可以由 5 7 式計算出溶液的濃度 T 5 8 100 100 Cmlgg L T 19 五 實驗步驟 1 測量蔗糖的旋光率 1 用一只量杯量出100ml 的蒸餾水 然后倒入5g 蔗糖并搖晃量杯直到完成溶解為止 再將糖溶液注入長度了L 22cm 的試管中 將螺母旋上 使其不漏溶液 但是 不要將螺母 旋的過緊 引起保護玻璃產(chǎn)生應力 影響讀數(shù)的正確性 2 將旋光儀調整到視場出現(xiàn)圖5 4 b 的情況 記下左右讀數(shù) 即左右 0 0 放入試管 轉動手輪 使視場中重新出現(xiàn)圖5 4 b 的情況 記下左右讀數(shù) 左右 按 2 3 步驟重復5 次 將試驗數(shù)據(jù)填入表1 中 計算旋光角的均方差 以 及析糖的折光率 T 2 測量蔗糖溶液的濃度 1 用另一只量杯量出100ml 的蒸餾水 然后倒入少許蔗糖搖晃量杯直到完全溶解為 止 2 按上述 2 3 步驟進行測量 并將數(shù)據(jù)填入表1 然后計算析糖溶液的濃度 做完實驗 將試管沖洗數(shù)次 然后擦干 六 思考題 1 你能用實驗的方法測量半波片快軸與起偏器的透射軸之間的夾角嗎 WZX l光學 度盤旋光儀的角是多少 2 如果 45 問對角度的測量范圍和零位誤差有何影晌 0 20 實驗六 偏振光實驗 一 實驗目的 1 加深對偏振光理論的理解 掌握偏振器件的原理及使用 2 掌握偏振光的產(chǎn)生及檢測方法 二 實驗內容 實驗產(chǎn)生偏振光的幾種方法 驗證馬呂斯定律 偏振光的檢驗 薄片的作用 三 實驗儀器 激光器 偏振光實驗臺 白熾燈 帶綠色濾光片 線偏振片 1 4 波片 A5300 1 2 波片 玻璃片堆 晶片 有機玻璃試樣 四 實驗原理 光波是一種橫波 它的光矢量是與傳播方向相垂直的 當矢量的末端在固定的幾何圖形 上運動時 稱相應的光波為偏振光 從普通光源發(fā)出的光都是自然光 自然光通過線偏振器 可以變成線偏振光 而線偏振光通過1 4 波片或其它偏振器件可以變成橢圓偏振光或圓偏