大学物理光学实验

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1、大学物理光学实验平行光管的调整及使用1．测量凸透镜及透镜组的焦距１）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米

2、两刻线间距的测量值，读出平行光管的焦距实测值和玻罗板两刻线的实测值（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。2．用平行光管测凸透镜的鉴别率（１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。（２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。（３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。（４）在表4－4－1中查出条纹宽度值及鉴别率角值，也可将、（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值。光的干涉实验若将同一点光源发出的光分成两

3、束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。【实验目的】1.观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识；2.掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径；3.学习用逐差法处理实验数据。【实验原

4、理】图1牛顿环实验装置在一块平滑的玻璃片B上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A、B之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。设透镜的曲率半径为，与接触点O相距为处的空气膜厚度为e，则由于，式中可略去得到：(1)两束相干光的光程差为(2)其中是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程d图2等厚干涉条纹-牛顿

5、环差，即光线从光疏介质射向光密介质发生反射时有一相位的突变。形成暗环的条件为(＝0,1,2,3,…)(3)其中m为干涉级数。在接触点，由于有半波损失，两相干光光程差为，所以形成一暗点。综合(1)、(2)和(3)式可得第m级暗环的半径为(4)可见暗环半径与环的级次的平方根成正比，所以牛顿环越向外环越密。如果单色光源的波长已知，测出第级暗环的半径，就可由上式求出平凸透镜的曲率半径，或已知求出波长。实际上，平凸透镜的凸面与平面玻璃之间不可能是一个理想的点接触，观察到的牛顿环中心是一个不甚清晰的圆斑。其原因或是当透镜接触玻璃时，由于接触压力引起玻璃的弹性变形，使接触点为一圆面，干涉环中心为一暗斑

6、；或是空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉环中心为一亮(或暗)斑。因此无法确定环的几何中心和干涉级数，(4)式不宜直接采用。为此我们可以通过测量距中心较远的第m和第n两个暗环的半径和，有两式相减可得所以(5)或(6)、分别为第m和第n两个暗环的直径。【实验仪器】钠光灯()，牛顿环装置，读数显微镜等。【实验内容与步骤】实验装置如图3所示。钠光灯发出波长的由与水平方向成45°角的透反镜(半反射半透射)反射后，垂直入射到平凸透镜上，干涉条纹通过显微镜观察和测量。1.读数鼓轮;2.调焦手轮;3.目镜;4.钠光灯;5.平板玻璃6.物镜;7.透反镜;8.平凸透镜;9.载物台;10.支架图3测量显

7、微镜及光路1.用显微镜观察牛顿环利用显微镜观察物体必须同时满足两个条件：“对准”和“调焦”在被观察的物体上。实验调整、操作应按下列次序进行：1)照明调整读数显微镜的位置，使光线射向显微镜物镜下方透反镜，并使单色平行光垂直入射到牛顿环装置上。调节透反镜的取向，应使显微镜视野中亮度最大。2)调焦首先调节目镜直至十字叉丝成像清晰。等厚干涉条纹定域在空气间隙上表面附近，故在观察时，读数显微镜必须对准此面调焦，在调焦过程中，旋转调焦手轮的方向