普通物理實驗光學(xué)

普通物理實驗光學(xué)第一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日本講座以透鏡的應(yīng)用

分光計的應(yīng)用干涉、衍射現(xiàn)象的應(yīng)用等實驗方法為例來討論實驗方案的設(shè)計和制作。第二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日透鏡的應(yīng)用將討論如何組裝一臺顯微鏡和望遠鏡顯微鏡和望遠鏡的光路的確定物鏡、目鏡中透鏡的選擇顯微鏡和望遠鏡的放大率的測定

第三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡組裝顯微鏡第四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡的組成組裝顯微鏡ABFo’Fefofe

物鏡

目鏡光學(xué)間隔,通常為17cm或19cm.第五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡組裝顯微鏡Fo’FefofeBAA2B2B1A1物鏡目鏡d1d2d3

由眼睛的調(diào)節(jié)作用所能看得清楚的最遠和最近兩點，分別叫作遠點和近點。正常眼的遠點在無限遠處，近點在眼前10cm至15cm處。物體離開眼睛25cm處，眼睛看得最清晰，并且看起來不感到疲勞，這個距離稱之為明視距離。顯微鏡最后成像在人眼的明視距離處.第六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日Fo’FeBAA2B2B1A1fofed1d2d3d1.物鏡的放大率：2.目鏡的放大率：3.顯微鏡總的放大率：4.通常規(guī)定，明視距離d=25cm,顯微鏡的光學(xué)間隔=17cm.按照上述數(shù)據(jù)計算出的oe刻在物鏡和目鏡第七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日顯微鏡放大率測定方法：

在距離目鏡25cm處放置一毫米分度的米尺（B），在物鏡前放置另一毫米分度的短尺（A)，觀察者用一只眼睛通過顯微鏡觀察短尺A的像，另一只眼睛直接觀察米尺B,將同時看到的物長和像長進行比較.

組裝顯微鏡的放大率測定25cmA尺B尺A尺的像第八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日望遠鏡物鏡目鏡fofe組裝望遠鏡對于望遠鏡，兩透鏡的光學(xué)間隔近乎為零。第九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日望遠鏡物鏡目鏡組裝望遠鏡

用望遠鏡觀察時，通常物在很遠處或無限遠處，物鏡所成的像近乎位于物鏡焦片面上，該像再通過目鏡成像在觀察者眼睛的明視距離和無窮遠之間。副光軸第十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日F副光軸作圖法

第十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日望遠鏡視角放大率定義：

A’B’是物AB的像,

用儀器時虛像所張的視角,

不用儀器時物體所所張的視角望遠鏡角放大率為：組裝望遠鏡A’BAB’O第十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日BAA1B1B2A2fofe所以，望遠鏡的放大率為：組裝望遠鏡與放大率測定(實際上，物和望遠鏡的距離遠大于望遠鏡長度，所以可看作不用儀器時物體所所張的視角）第十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日組裝望遠鏡與放大率測定α很小時例如:(α以弧度為單位)第十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日望遠鏡視角放大率定義：

A’B’是物AB的像,

用儀器時虛像所張的視角,

不用儀器時物體所所張的視角望遠鏡角放大率為：組裝望遠鏡A’BAB’OA2第十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

望遠鏡放大率的測定方法：觀察者用一只眼睛觀察望遠鏡視野中標尺的像l0,另一只眼睛同時不通過望遠鏡直接觀察標尺l,將同時看到的物長和像長進行比較.

組裝望遠鏡的放大率測定大于2m第十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

望遠鏡放大率的測定方法2：組裝望遠鏡的放大率測定fo+fedL1L2

當望遠鏡對無窮遠調(diào)焦時，望遠鏡筒的長度就可以認為是fo+fe。這時如將望遠鏡的物鏡卸下，在它的位置上放一長度為L1的目的物，在離目鏡d處，得一實像,其長度為L2,于是有：第十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日思考題1.欲增加顯微鏡的放大倍數(shù),應(yīng)采取什么措施?2.欲增加望遠鏡的放大倍數(shù),應(yīng)采取什么措施?減小物鏡焦距、減小目鏡焦距增加物鏡焦距、減小目鏡焦距第十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日思考題1.有一顯微鏡，其物鏡為50mm，目鏡為100mm，兩透鏡光學(xué)間隔為170mm，該顯微鏡

a.目鏡放大倍數(shù)2.5倍；

b.目鏡放大倍數(shù)3.4倍；

c.目鏡放大倍數(shù)2.0倍；

d.目鏡放大倍數(shù)1.7倍；第十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日思考題2.現(xiàn)有3塊凸透鏡，它們焦距分別是50mm,200mm,300mm,若組裝一架放大倍數(shù)盡可能大望遠鏡，可選擇：a.用50mm的凸透鏡做物鏡、300mm的凸透鏡做目鏡；b.用300mm的凸透鏡做物鏡、50mm的凸透鏡做目鏡；c.用200mm的凸透鏡做物鏡、300mm的凸透鏡做目鏡d.用300mm的凸透鏡做物鏡、200mm的凸透鏡做目鏡；第二十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日薄透鏡焦距的測定第二十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日用自準直法測凸透鏡焦距位于凸透鏡焦平面上物體發(fā)出的光，經(jīng)透鏡折射后成為平行光，若用一面反射鏡將這平行光反射回去，再經(jīng)過原透鏡，則必然成像于原焦平面上，透鏡與物之間的距離即為透鏡的距離。薄透鏡焦距的測定第二十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日物距---像距法測量透鏡焦距透鏡焦距的測定uv第二十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日由透鏡兩次成法求凸透鏡焦距

透鏡焦距的測定第二十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日由透鏡兩次成像求凸透鏡焦距

透鏡焦距的測定(L4f)物小像大像dL第二十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

由透鏡兩次成像求凸透鏡焦距dLu1v1u2v2透鏡焦距的測定1/6+1/3=1/21/3+1/6=1/2第二十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日思考題用自準法測凸透鏡的焦距時，在物屏上所成的像是a.倒立、放大；b.正立、等大；c.倒立、等大；d.正立、放大；用自準法測凸透鏡的焦距時，平面鏡到透鏡的距離a.只影響成像的明亮程度；b.只影響成像的清晰程度；c.對成像的明亮程度和清晰程度都有影響；d.對成像的明亮程度和清晰程度皆無影響；第二十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的應(yīng)用將討論

分光機的組成與調(diào)節(jié)

用分光機測量

三棱鏡頂角A

三棱鏡折射率

第二十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計第二十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)分光計的構(gòu)成：由底座（刻度盤和游標）、平行光管(準直管)、望遠鏡和載物平臺組成。第三十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)第三十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日1.望遠鏡聚焦于無窮遠。

分光計的調(diào)節(jié)第三十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)第三十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日2.調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與儀器旋轉(zhuǎn)主軸垂直、觀察平面與儀器旋轉(zhuǎn)主軸重合。分光計的調(diào)節(jié)

1.調(diào)節(jié)望遠鏡鏡身下的螺絲來調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與儀器旋轉(zhuǎn)主軸垂直。2.調(diào)節(jié)載物平臺下面的螺絲來調(diào)節(jié)觀察平面與儀器旋轉(zhuǎn)主軸重合。(平面鏡與儀器主軸平行)第三十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日2.用逐次逼進法調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與儀器旋轉(zhuǎn)主軸垂直，直到鏡面反射的小十字叉絲和調(diào)整叉絲重合。分光計的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)望遠鏡鏡身下的螺絲來調(diào)節(jié)望遠鏡的光軸與儀器旋轉(zhuǎn)主軸垂直。第三十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

在載物平臺上放置平面反射鏡（或三棱鏡），注意放置方位，以致可用一只螺釘控制一個反射面的傾斜。分光計的調(diào)節(jié)第三十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)第三十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)第三十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日分光計的調(diào)節(jié)第三十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日3.讓準直管產(chǎn)生平行光分光計的調(diào)節(jié)第四十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

分光計的讀數(shù)：為了消除度盤的刻度中心與儀器轉(zhuǎn)動軸之間偏心差，必須同時讀取兩個游標的讀數(shù)。分光計的調(diào)節(jié)第四十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

分光計的讀數(shù)：87°45’

分光計的調(diào)節(jié)第四十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日用分光計測定三棱鏡的頂角第四十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日用分光計測定三棱鏡的頂角第四十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

望遠鏡分別與棱鏡的兩折射面垂直，即十字叉絲的反射像與調(diào)整叉絲完全重合時，記錄兩游標的讀數(shù)。三棱鏡頂角A的測定V1,V2,V1’,V2’A望遠鏡在此位置有兩個讀數(shù)望遠鏡轉(zhuǎn)到此位置也有兩個讀數(shù)第四十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

掠射法測定三棱鏡的折射率的原理

n1>n,除掠射光I外,其他光線在AB面上的入射角均小于90°,

即其他光線的折射角都小于掠射光I的折射角，最后進入空氣后均在光線I’的左側(cè),形成明暗視場.

如果棱鏡角A=90°

則有：三棱鏡折射率的測定-掠射法第四十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

掠射法測定三棱鏡的折射率的原理

三棱鏡折射率的測定-掠射法第四十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日思考題在分光計的調(diào)整中，轉(zhuǎn)動載物平臺（包括反射平面鏡）時，反射回來的亮十字總是在上叉絲交點（右圖a點）下面移動，說明：a.平面鏡與儀器主軸平行，望遠鏡光軸與儀器主軸不垂直；b.平面鏡與儀器主軸不平行，望遠鏡光軸與儀器主軸垂直；c.平面鏡與儀器主軸平行，望遠鏡光軸與儀器主軸垂直；d.上面三種情況都有可能；；a第四十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日干涉、衍射將討論雙縫干涉單縫衍射光柵衍射等現(xiàn)象的觀察和波長的測量第四十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉楊氏雙逢干涉實驗

S1、S2由同一光源產(chǎn)生,故滿足振動方向相同、頻率相等、相位差恒定（本實驗中相位差為0）的相干條件。

條紋間隔與屏和縫之間的距離、光源波長成正比,與雙逢的間隔成反比。第五十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉菲涅耳雙棱鏡

S1、S2這對相干光源也可以由菲涅耳雙棱鏡獲得。菲涅耳雙棱鏡是將一塊平玻璃板的上表面加工成兩楔形，楔角較?。ㄒ话阈∮?度），這種棱鏡稱為雙棱鏡。

第五十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉菲涅耳雙棱鏡干涉實驗

當狹縫發(fā)出的光波投射到雙棱鏡上時，形成沿不同方向傳播的兩束相干柱波。在其相互交疊區(qū)域P1P2內(nèi)產(chǎn)生干涉。如果狹縫的寬度較小，雙棱鏡的棱脊與光源平行，就能在白屏P上觀察到平行于狹縫的等間距亮暗干涉條紋。

圖三第五十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉菲涅耳雙棱鏡干涉實驗

第五十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉用雙棱鏡干涉測量鈉光波長設(shè)d’代表兩虛光源S1和S2間的距離，d為虛光源所在的平面（近似地在光源狹縫S的平面內(nèi)）至觀察屏的距離，且d’<<d，干涉條紋寬度為Δx，則實驗所用光波波長λ可由下式確定:第五十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉02468第五十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉兩虛光源間的距離的測量兩虛光源間的距離d’，可用已知焦距為f’的會聚透鏡L’置于雙棱鏡與測微目鏡之間，由透鏡的兩次成像法求得。圖四第五十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉兩虛光源間的距離的測量沿光具座前后移動透鏡L’，就可以在L’的兩個不同位置上從測微目鏡中看到兩虛光源S1S2經(jīng)透鏡所成的實像S’1S’2，其中—組為放大的實像．另一組為縮小的實像。分別測得兩次清晰成像時實像的間距d1、d2,則有圖四d1d2第五十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉實驗操作的幾個要點１．調(diào)節(jié)共軸２．調(diào)節(jié)干涉條紋（１）減小狹縫S的寬度，繞系統(tǒng)光軸緩慢地向右或向左旋轉(zhuǎn)雙棱鏡AB，當雙棱鏡的棱脊與狹縫的取向嚴格平行時，將會出現(xiàn)清晰干涉條紋。圖三第五十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

雙縫干涉圖三實驗操作的幾個要點２．調(diào)節(jié)干涉條紋（２）看到清晰的干涉條紋后，適當?shù)卣{(diào)整縫寬，使干涉條紋的寬度適當，同時在不影響條紋清晰度的情況下，以保持干涉條紋有足夠的亮度。雙棱鏡和狹縫的距離不宜過小，因為減小它們的距離，S’1S’2間距也會減小，對測量d’不利。第五十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

思考題1.狹縫的寬度對干涉條紋的有什么影響?2.光源用鈉光燈代替氦氖激光,干涉條紋的寬度有什么區(qū)別?

狹縫過細,兩束光相干性越好,但光通量太少,將使干涉條紋亮處不亮而不清晰.狹縫過寬,兩束光相干性變差,將使干涉條紋不清晰.第六十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射光在傳播過程中遇到障礙物時，會偏離原來的直線傳播方向，并在障礙物后的觀察屏幕上呈光強的不均勻分布，這種現(xiàn)象稱為光的衍射。當光源和衍射場都在離衍射物無限遠時，稱為夫瑯和費衍射，它是光學(xué)儀器中最常見的衍射。第六十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射

當一束平行光垂直入射到很狹的單狹縫上時，可以把單縫面的每一個點作為一個新光源。這些新光源發(fā)出的光波在空間互相疊加，使得有些地方互相加強，形成亮點，有的地方互相減弱，形成暗點。

第六十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射條紋的觀察:單逢至屏的距離應(yīng)該足夠長。第六十三頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日zxk=1k=2k=1k=2

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射條紋特點:

其它亮條紋(次極大)的位置雖對稱分布,但不等間隔.

中央亮條紋的寬度是其它亮條紋寬度的2倍

暗條紋(極小值)的位置以中央亮條紋的中點為中心,等間距,對稱分布.第六十四頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射特點:zxk=1k=2k=1k=2當衍射角θ滿足光強為零,出現(xiàn)暗條紋。在sinθ很小時,sinθ=x/z，則屏幕上暗條紋的坐標x應(yīng)滿足第六十五頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日△X

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射特點:

中央亮條紋的寬度為其它亮條紋寬度的兩倍，中央亮條紋的寬度為2△x，其它亮條紋寬度為△x。zk=1k=2k=1k=2第六十六頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射夫瑯和費單縫衍射特點:

亮條紋的寬度△x與z和λ成正比，與

a成反比。單縫的寬度由窄變寬第六十七頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

單縫衍射用夫瑯和費單縫衍射測量單縫（單絲）寬度:KXK02134X1X2X3X4……第六十八頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日單縫衍射

用夫瑯和費單縫衍射測量單縫（單絲）寬度:……用讀數(shù)顯微鏡測量單縫的寬度,對實驗數(shù)據(jù)進行校對.第六十九頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日衍射光柵第七十頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日衍射光柵第七十一頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

衍射光柵

光柵是一組數(shù)目極多的等寬、等距和平行排列的狹縫。透明區(qū)寬度a與不透明區(qū)寬度b之和d稱之為光柵常數(shù)。它決定了光柵的基本性質(zhì)。

d=a+b

第七十二頁，共八十頁，編輯于2023年，星期日

衍射光柵

一.實驗原理

自S射出的平行光垂直地照射在光柵上，透鏡將衍射光會聚于其像平面上，產(chǎn)生衍射亮條紋條件是：

dsinθ

=kλ（K=…,-2,-1,0,1,2,…)

第七十三