大學(xué)物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告材料

1、2杠22a32)S3態(tài),實(shí)驗(yàn)十：光柵衍射一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? ?觀察光線通過光柵后的衍射光譜。2 ?學(xué)會(huì)用光柵衍射測定光波波長的方法。3 ?學(xué)會(huì)用光柵衍射原理測定光柵常數(shù)。4 ?進(jìn)一步熟悉分光計(jì)的調(diào)整和使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)光柵鈉光燈平面反射鏡三、實(shí)驗(yàn)原理光柵是有大量的等間隔、等寬度的狹縫平行放置組成的一種光學(xué)元件。 設(shè)狹縫寬度(透光局部) 為a，不透光局部為b，那么a b為光柵常數(shù)。設(shè)單色光垂直照射到光柵上，光透過各個(gè)狹縫后，向各個(gè)方向發(fā)生衍射，衍射光經(jīng)過透鏡后會(huì)聚后相互干預(yù)，在焦平面上形成一系列的被相當(dāng)寬的暗區(qū)分開的明亮條紋。衍射光線與光柵平面的夾角稱為衍射角。設(shè)衍射角為二的一束衍射光經(jīng)透

2、鏡會(huì)聚到觀察屏的點(diǎn)。在P點(diǎn)出現(xiàn)明條紋還是暗條紋決定于這束衍射光的光程差。由于光柵是等寬、等間距，任意兩個(gè)相鄰縫的衍 射光 的光程差是相等的，兩個(gè)相鄰狹縫的衍射光的光 程差為(a b)sin二，如果光程差為波長的整數(shù)倍，在 P點(diǎn)就出現(xiàn)明條紋，即(a b)sin :- -k (k =0,1,2,川)這就是光柵方程。從上式可知，只要測出某一級的衍射角，就可計(jì)算出波長。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)整分光計(jì)。使望遠(yuǎn)鏡、平行光管和載物臺(tái)都處于水平狀平行光管發(fā)出平行光。2、安置光柵將光柵放在載物臺(tái)上，讓鈉光垂直照射到光柵可以看到一條明亮而且很細(xì)的零級光譜，左右轉(zhuǎn)動(dòng)鏡觀察第一、 二級衍射條紋3 ?測定光柵衍射的第一、二

3、級衍射條紋的衍射角二，并記錄五、數(shù)據(jù)記錄級數(shù)、憐A左邊衍射條紋右邊衍射條紋1丿、幵、第二級日2第一級日10級第一級？第二級比第右邊讀數(shù)左邊讀數(shù)次衍射角日1 =日2 =第右邊讀數(shù)左邊讀數(shù)次衍射r角日1 日2 =第右邊讀書次左邊讀 書衍射角日1 =02 =M ="(K -亠'右邊讀數(shù)+ 八_ -1右邊讀數(shù)/4玉=二2-二2 右邊讀數(shù)+ 二 2二2 右邊讀數(shù)/4六、數(shù)據(jù)處理1將上表中的弓、二2分別代入光柵方程a b si-k'計(jì)算出6個(gè)波長，a b mm 300'二,2二, 3二,4二'5.'6.計(jì)算平均波長：一二絕對誤差：取平均波長與6個(gè)波長的差中

4、的取大者丄斗E 二一100%:相對誤差：/u q-結(jié)果表示：，；二、；nm =1nm。七、思考題實(shí)驗(yàn)八一：邁克爾遜干預(yù)亠、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握邁克爾遜干預(yù)儀的干預(yù)原理，學(xué)習(xí)其 使用方法；2、觀察邁克爾遜干預(yù)儀的等頃干預(yù)的特點(diǎn)；3、測量He -Ne激光的波長。二、實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干預(yù)儀多光束激光電源三、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干預(yù)儀主要光路如圖，G為分光板，為補(bǔ)償板。由激光源S發(fā)出的光線1入到反面有鍍膜的分束鏡G上，光線被分為光線2和光 線3光線2由G反射到反射鏡再經(jīng)M反射，穿過G到達(dá)觀測屏E。光線3由G透射,經(jīng)G2入射到M2上，經(jīng)M2反射，穿過G2，由Gi反射到E。光線2, 3在E相遇，這兩束相干 光產(chǎn)生

5、干預(yù)。這兩 束光可以認(rèn)為是從 Mj和M2的虛象M2反射的反射光。由于 Mj和M2嚴(yán)格垂直，因此Mi和M2嚴(yán)格平 行，所有經(jīng)Mi和M2的反射光經(jīng)透鏡會(huì)聚到焦平面 E上，不同入 射角的光線會(huì)聚到E的不同位置， 相同入射角的光線形成等傾條紋，其形狀為一系列的同心圓環(huán)。當(dāng)入射角為i時(shí)，光程差滿足=2dcosi時(shí)，在焦平面上形成亮條紋。i=0時(shí)，:=2d二N'。當(dāng)Mi移動(dòng)時(shí)，可以看到干預(yù)條紋從中心一環(huán)一環(huán)的“冒出或“陷進(jìn)，Mi每 移動(dòng) /2，中心就會(huì)“冒出或“陷進(jìn)一環(huán)條紋，因此測量Mi移動(dòng)的距離-d和條紋變化 的條數(shù)N可以計(jì)算出入射光的波長，即=2衛(wèi)。AN四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 調(diào)整干預(yù)儀調(diào)整干預(yù)儀下

6、面的三個(gè)調(diào)平螺釘，使干預(yù)儀處于水平狀態(tài)。轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪使Mi的指針在30-40 mm。2、 儀器調(diào)節(jié)翻開電源，點(diǎn)亮激光器，使激光經(jīng)Gi反射和透射后能照亮 Mi和M2的大局部.移開觀測屏E,可以看到由Mi和M2反射的兩排光點(diǎn)，調(diào)節(jié) Mi和M2后的三個(gè)調(diào)節(jié)螺 釘，選兩排光點(diǎn)中亮度最大的兩個(gè)光點(diǎn)重合。從觀測屏E上能看到干預(yù)條紋3、測量He-Ne激光波長刻度基準(zhǔn)線零點(diǎn)校準(zhǔn)，轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪使對準(zhǔn)“0刻度，在轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪使刻度線對準(zhǔn)某一刻度。轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)調(diào)手輪，直到能看到干預(yù)條紋從中心一環(huán)一環(huán)的“冒出或“陷進(jìn) 。并將中 心 調(diào)為暗斑，記錄Mi的所在位置坐標(biāo)。轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)調(diào)手輪，使干預(yù)條紋從中心一環(huán)一環(huán)的“冒出或“陷進(jìn)，每

7、中心“冒出或“陷進(jìn) 100個(gè)環(huán)記錄一次數(shù)據(jù)。記錄10次數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)記錄次數(shù)0123456789dj(mm)也 di =dA di六、數(shù)據(jù)處理根據(jù)“2“° nm計(jì)算出5個(gè)波長500計(jì)算平均波長：一二絕對誤差：也扎二取平均波長與5波長的差中的最大者相對誤差：E學(xué)=10°%二/u n結(jié)果表示： =；.二、nm 二nm。七、思考題實(shí)驗(yàn)十二：分光計(jì)的調(diào)節(jié)與使用，、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解分光計(jì)的結(jié)構(gòu)及各部件的作用；2、掌握分光計(jì)的調(diào)節(jié)要求和調(diào)節(jié)方法；3、學(xué)會(huì)用分光計(jì)測量角度的方法；4、學(xué)會(huì)測量棱鏡頂角和最小偏向角的方法及其測定玻璃折射率的方法。1、實(shí)驗(yàn)原理1、分光計(jì)的調(diào)節(jié)原理和要求2C分光

8、計(jì)的觀測系統(tǒng)由待測光路所在平面、觀察平面和讀數(shù)平面組成。 沿平 行光管光軸出射的光線、在待測元件中走過的路程和反射光或折 射光應(yīng)在 待測光路所在平面內(nèi)。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡光軸和儀器轉(zhuǎn)軸垂直時(shí)，觀 察平面是平的。以 上三個(gè)平面相互平行時(shí)，才能精確測量角度。2、用反射法測量三棱鏡頂角由圖可知，平行光管射出的平行光經(jīng) AB AC面反射，可證，放射光線1、2的夾角 與棱鏡頂角：？，滿足，=2的關(guān)系，測出，可算出:-3、用最小偏向角法測三棱鏡的折射率入射光線和經(jīng)三棱鏡折射后的折射光之間的夾角為偏向角。改變?nèi)肷浣嵌葧r(shí)，偏向 角也min sin2 CLsin2跟著改變，當(dāng)入射角為某一角度時(shí)，偏向角最小。記為rin。那

9、么棱鏡的折射率為n三、實(shí)驗(yàn)儀器分光計(jì)鈉光燈雙平面反射鏡 三棱鏡四、實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)節(jié)分光計(jì)調(diào)節(jié)目鏡，能看清楚分劃板成像清晰。調(diào)節(jié)物鏡焦距，前后移動(dòng)物鏡，使分 劃板上能看到清晰的綠色十字架。調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤，調(diào)節(jié)望遠(yuǎn)鏡下的螺釘，直 到使分劃板上兩次看到的綠色十字架關(guān)于分劃板上的上一條水平線上下對稱。調(diào)節(jié)載物 臺(tái)下的三 個(gè)螺釘，直到分劃板上的兩次看到的綠色十字架都位于上一條水平線上。松開 平行光管上的 緊固螺釘，前后移動(dòng)平行光管，直到能清晰的狹縫的像，調(diào)節(jié)平行光管下 的螺釘，使像上下 適宜。此時(shí)，望遠(yuǎn)鏡、平行光管都與載物臺(tái)轉(zhuǎn)軸垂直。2 ?測量三棱鏡的頂角，利用反射法測量兩條反射光夾角，測量三次

10、3、測量棱鏡的最小偏向角，測量三次實(shí)用文檔五、數(shù)據(jù)記錄測量棱鏡頂角記錄表測量次數(shù)望遠(yuǎn)鏡位置1望遠(yuǎn)鏡位置2左游標(biāo)讀數(shù)?1右游標(biāo)讀數(shù)4左游標(biāo)讀數(shù)A '右游標(biāo)讀數(shù)爲(wèi)123測量棱鏡最小偏向角記錄表測量次數(shù)望遠(yuǎn)鏡位于折射光方向望遠(yuǎn)鏡位于入射光方向左游標(biāo)讀數(shù)鳴右游標(biāo)讀數(shù)申2左游標(biāo)讀數(shù)鳴右游標(biāo)讀數(shù)？ 2 '123六、數(shù)據(jù)處理1計(jì)算棱鏡頂角平均值及其誤差17( -') * ( ： 2 - : 2 '),三組數(shù)據(jù)三個(gè):值433 一 1) a sin 2、計(jì)算棱鏡頂角最小偏向角平均值及其誤差。1希=1 ('1 - : 1)( 2 - : 2):,三組數(shù)據(jù)三個(gè)：？值。25+5

11、+5J/I Aot 2 A 6,2 相對誤差 E -(二 Y a6min (minimJ 、?. mjn 一二 3 miA二絕對誤差厶 Fn 3 -1 j 呂33、計(jì)算三棱鏡的折射率及其誤差.+a min sin實(shí)用文檔七、思考題實(shí)驗(yàn)十三：用牛頓環(huán)測球面的曲率半徑亠、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 觀察和研究等厚干預(yù)現(xiàn)象，加深對光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。(2) 掌握用牛頓環(huán)測定透鏡曲率半徑的原理和方法，加強(qiáng)等厚干預(yù)原理的理解。(3) 學(xué)習(xí)掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。】、實(shí)驗(yàn)儀器讀數(shù)顯微鏡鈉光燈牛頓環(huán)三、實(shí)驗(yàn)原理將一曲率半徑很大的平凸透鏡放在一平板玻璃上，就組成了一個(gè)牛頓環(huán)。在平板玻璃與平凸透鏡之間就會(huì)形成一層空氣薄膜，

12、以接觸點(diǎn)為中心的任一圓周上各點(diǎn)，空氣膜的厚度都相等。當(dāng)以平行單色光垂直入射時(shí)，入射光將在此薄膜上下兩外表反射，產(chǎn)生具有一定光程差的兩束相干光。在透鏡外表就會(huì)形成以接觸點(diǎn)為中心的明暗相間的一組同心圓環(huán)，該圓環(huán)圖樣稱為牛頓環(huán)。由薄膜干預(yù)可知，空氣薄膜上下兩外表反射兩束反射光的光程差=2e ?2對應(yīng)于明條紋和暗條紋的條件為 :=2e(k =0,123 川)2|(2k + 1):L 22根據(jù)幾何圖形可知：R2二 r2? (R - e)2二 r2 ? R2 -2Re - e 2，忽略 e2，得 e 二-代入上面2R暗紋的干預(yù)條件，得r2 =kR，將半徑換成直徑，得Dm =4mR'，Dm =4mR'R =()A:RXXJ-廣匸亠X i UDm d 茨實(shí)用文檔從上式可知，只要測出兩個(gè)暗環(huán)的直徑，鈉光的波長589.3nm 就可測出曲率半徑 R四、實(shí)驗(yàn)步驟。1把牛頓環(huán)裝置放在顯微鏡下，調(diào)節(jié)半反射鏡使鈉黃光能充滿整個(gè)視場。2 調(diào)節(jié)顯微鏡筒，能清楚地看到十字叉絲和干預(yù)條紋， 然后移動(dòng)牛頓環(huán)，使十字叉絲 的 交叉點(diǎn)在中心零級暗斑內(nèi)，而且使一條叉絲垂直于顯微鏡移動(dòng)方向。3轉(zhuǎn)動(dòng)測微鼓輪，使十字叉絲向某一方向移動(dòng)，測出某些暗環(huán)的直徑。要求從一邊的第35環(huán)開始數(shù)，第30環(huán)開始記錄，每5環(huán)讀一次數(shù)，記錄一次，直到另一邊的第 30環(huán)。4按照步驟3再作一次。五、數(shù)據(jù)記錄單位：mm環(huán)數(shù)次數(shù)