雙棱鏡干涉實驗難點解析

1、第 22卷第 3期大 學物 理 實 驗 PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEVol.22No.3Sep.20092009 年 09 月出版 文章編號 :1007-2934（2009）03-0023-04 雙棱鏡干涉實驗難點解析劉宏玉（武漢科技大學 ,武漢 ,430081）摘 要 總結(jié)了雙棱鏡干涉實驗的調(diào)整難點及原因。提出解決的措施并對要點進行 研究分析 ,收到良好效果。提出評價學生調(diào)整光路質(zhì)量的方法。關鍵詞 雙棱鏡干涉 ;光路調(diào)整 ;二次成像 中圖分類號 :O4-33 文獻標識碼 :A 采用雙棱鏡干涉法測光波波長是大學物理實驗的一個典型實驗 ,雖然所用儀器很普 通,但整個實驗

2、過程對大學生的動手能力、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力是一個很好 的考驗。該實驗規(guī)定時間一般為 90分鐘（兩節(jié)課 ）,很多學生不能在規(guī)定的時間內(nèi)完 成。究其原因 ,主要是調(diào)節(jié)方法不當 ,未掌握實驗要領。為此 ,筆者進行了關鍵實驗 步驟摸索 ,總結(jié)出調(diào)試要點 ,應用于實驗教學課 ,收到了良好的效果。1 難點及原因 學生未在規(guī)定時間完成實驗 ,主要表現(xiàn)在 : 調(diào)不出干涉條紋 ;將測微目鏡遠移雙棱鏡后 ,干涉條紋中心區(qū)向上或向下漂移 ; !采用共軛法測虛光源間距時 ,只觀察到一個像 （一般為縮小像 ）,無法觀察到一大一 小兩個像;? 實驗數(shù)據(jù)千差萬別。1.1 調(diào)不出干涉條紋 調(diào)不出干涉條紋主要來源于以下三

3、方面 : 光具座上各光學器件 #等高同軸? 沒調(diào)好; 狹縫的寬度太寬 ;!狹縫與雙棱鏡棱脊不平行。其中 , 中多為雙棱鏡高度調(diào)節(jié)不好。1.2 將側(cè)微目鏡遠移雙棱鏡后 ,干涉條紋中心區(qū)向上或向下漂移收稿日期 :2009-02- 16 主要原因在于 #等高同軸 ? 沒有調(diào)好。1.3 采用共軛法測虛光源間距時 ,無法觀察到一大一小兩個像 主要原因有 :#等高同軸 ? 沒有調(diào)好 ;雙棱鏡與狹縫的距離不當 ;!狹縫與測微目鏡的距離不當。1.4 實驗數(shù)據(jù)千差萬別主要由于測 x（ 相鄰兩明或暗條紋的間距 ）與測 D（ 狹縫與測微目鏡的距離 ）不同步造 成。2 措施及要點分析2.1 給學生制定操作步驟#等高同

4、軸 ? 調(diào)節(jié)為第一步 ,也最為關鍵。 #等高同軸 ? 調(diào)節(jié)按以下步驟進行 1:A 打 開鈉光燈 ,放上會聚透鏡、狹縫及測微目鏡 ,使其基本等高。B 狹縫打開一定寬度 , 使進入測微目鏡的光線足夠亮 , 固定狹縫。C 使測徽圖鏡和狹縫靠近 ,調(diào)整狹縫高度 , 使狹縫光斑處在測微目鏡中央。D 將測微目鏡遠移狹縫 ,觀察測微目鏡中狹縫光斑的變化 , 若光斑中心向上或向下 漂移,調(diào)節(jié)測微目鏡仰角旋鈕 ,將光斑調(diào)至中央。 #等高同軸?調(diào)好的標準是 :當測微 目鏡遠移狹縫時 ,狹縫光斑在測微目鏡中均勻向上下延伸 ,但中心位置不變。若光 斑偏向左右 ,可調(diào)節(jié)望遠鏡的左右旋或。 #等高同軸 ? 調(diào)好后,固定測

5、微目鏡仰角。 放雙棱鏡于狹縫和測微目鏡之間 ,保證雙棱鏡與狹縫的距離 <2f（f 為輔助透鏡的焦 距）。!調(diào)整雙棱鏡高度 ,使光線經(jīng)其折射重疊形成的 #白亮帶? 處在測微目鏡中央。 ? 調(diào)節(jié)狹縫寬度 , 使其盡量窄 , 并調(diào)節(jié)狹縫方向旋鈕 , 使狹縫與雙棱鏡的棱脊嚴格平 行,便可調(diào)出清晰明銳的干涉條紋。&遠移測微目鏡 ,使 D 4f。? 在雙棱鏡和測微目鏡間放入輔助透鏡 , 調(diào)節(jié)其高度和左右旋鈕 ,使干涉條紋會聚在 測微目鏡的中央。（由測微目鏡向雙棱鏡方向移動輔助透鏡 ,先看到兩虛光源的縮小像 （較窄的等亮度 兩條亮線 ）,而后看到放大像 （較寬的等亮度兩條亮線 ）。）取下輔助透

6、鏡 ,固定光具座上的所有器件 ,開始測量 x與 D的數(shù)值。? 放上輔助透鏡 ,測量兩虛光源的縮小像 d1 值和放大像 d2 值。+整理數(shù)據(jù) ,采用公式 =2.2 要點分析D 4f 是二次成像的條件 , 只有滿足此條件 , 才有可能調(diào)出放大像、縮小像。 為了使干涉條紋增多 ,可采取增大雙棱鏡與狹縫距離的辦法 ,但雙棱鏡和狹縫的距 離要<2f,這是保證同時調(diào)出放大和縮小像的條件。雙棱鏡干涉實驗的基本光路如 圖 1所示。當輔助透鏡在位置 1 時,測微目鏡中可觀察到兩虛光源 S1、 S2的縮小 像;在位置 2 X 計算光波波長 ,其中 d=D1d2。時,可觀察到放大像。由凸透鏡的成像規(guī)律可知 ,

7、只有當 2f>U>f 時（此時 V>2f）, 測微 目鏡中才可看到兩虛光源 S1、S2 倒立放大的實像。由于在實驗教程中要求學生 每次測量 10 X2, 實際常常調(diào)不出 10 條以上明條紋或暗條紋。為了使干涉條紋增 多,可增大雙棱鏡與狹縫距離 ,但一定要使輔助透鏡 （凸透鏡 ）滿足 2f>U>f, 否則得不 到兩虛光源 S1、S2的放大像。圖 1 雙棱鏡干涉實驗光路圖 根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律還可知道 ,形成兩次成像時 ,輔助透鏡成放大像時所在位置與 狹縫的間距=輔助透鏡成縮小像時所在位置與測微目鏡的間距 =2（D-D-4fD）, 因此 通過比較輔助透鏡放大像位置一狹縫

8、間距、輔助透鏡縮小橡位置-測微目鏡間距 ,可判斷調(diào)節(jié)出兩次成像的質(zhì)量 ,從而知道學生調(diào)節(jié)的優(yōu)劣。!在所有調(diào)整 （調(diào)出干涉條紋、放大像、縮小像 ）結(jié)束后 ,固定實驗器件 ,開始全面測 量數(shù)據(jù) ,即測量 X、D、d、d2的數(shù)據(jù),這可保證測出的數(shù)據(jù)具有對應關系 ,數(shù)據(jù)具有 同步性和一致性 ,不致出現(xiàn)完全錯誤的數(shù)據(jù)。通過以上方法 ,大部分學生能在 90 分鐘內(nèi)完成實驗 ,積極性得到明顯提高。 THEANALYSISOFDIFFICULTIESFORBIPRISMINTERFERENCEEXPERIMENTLiuHongyu （WuhanUniversityofscienceandTechnology,

9、Wuhan,430081） Abstract:Theadjustmentdifficultiesandtheirsourcesinbiprisminterferenceexperimentares ummarized.Themea surestoresolveareputforward,whichhavegoodeffectsinexperiment,andthekeypointsareana lysed.Anevaluationforadjustmentofopticalbeamsbystudentsisproposed. Keywords:biprisminterference;adjus

10、tmentofopticalbeam;secondaryimaging （上接 15 頁）4 結(jié)束語 本文介紹了居里點的測量原理并給出了實驗結(jié)果。需要說明的是 : 根據(jù)本文的原理 , 示波器上所繪出的是 MH 關系圖,而非 BH 關系圖。這是由于加在示波器 y軸上 的 U2 只能代表勵磁線圈中的 M, 不可代表 B 。再者由于有互感的存在 ,即使 M=0,U2 不為零。而根據(jù)本文原理 ,居里點是 U2剛好為零時所對應的溫度點 ,故采 用曲線延長法來測量居里點。此外 ,本實驗所測樣品僅是鐵磁材料中的一種 ,所測 居里點僅供參考。參考文獻1 嚴 密、彭曉領 .磁學基礎與磁性材料 M. 杭州:浙江大學出版社 ,20062 杜義林.實驗物理學 M,.合肥:中國科學技術大學出版社 ,20063 徐龍道等 .物理學詞典 M. 北京 :科學出版社 ,2004 THEMEASURMENTOFTHECURIEPOINT OFFERROMAGNETICMATERIAL JiaHu(AnhuiUniversityofTechnoloyg,Ma-anshan,243002) Abstract:AwayofqualitativeandquantitativemeasurementoftheCuriep