设计性试验《微小线径的测定》

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1、评分：大学物理实验设计性实验实验报告实验题目：微小线径的测定班级：材控08-2班姓名：学号：25指导教师：徐祥福茂名学院物理系大学物理实验室实验日期：2009年12月4日-15-原始数据记录：实验台号：5号实验日期：2009.12.3劈尖长度L的测量数据记录表：次数测量值1234560.9951.0000.9850.9861.0000.99533.46033.46733.45033.44833.45933.45632.46532.46732.46532.46232.45932.46132.463条纹间距b的测量数据记录表：已知测量值次数测量值次数114.35168.0

2、610.1400.137212.95776.7780.137311.65185.6300.138410.44894.4730.13359.256103.0850.137-15-实验17《微小线径的测定》实验提要课题的提出和依据微小线径的测量在现代科学中有很多的测量方法，但都可以归结为，有直接测量和间接测量两类。在普通物理中，直接测量常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测量常采用的方法如：干涉法、衍射法等。对于0.01mm以下的线径用千分尺和常用的读数显微镜来测量就显得无能为力了，通常采用间接测量的方法。头发对每一个人来说都不陌生，但有谁能说出自己的头发的直径是多少

3、？本课题要求设计一种测量自己头发直径的方法，通过实验加以验证。实验课题及任务《微小线径的测定》实验课题的任务是，利用光的的干涉、衍射(波动性)现象及其理论，设计出一种实验方法，根据干涉、衍射的花样测量出自己头发的直径。学生根据自己所学知识，设计出《微小线径的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。本实验题目要求开光学课程的各专业必选，可以有三至四组选，但是每组的方法或采

4、取的手段应不同。建议电子专业的有四组选择该实验，给专业光学实验打基础。实验原理提示⑴衍射法         实验原理激光衍射互补测定法的原理是基于巴俾特原理，图示如下。设一个任意形状的开孔，在平面波照射下，在接收屏上的复振幅用U1表示；用同一平面波照射其互补屏时，在接收屏上其复振幅用U2表示。当互补屏叠加时，开孔消失，在接收屏上的光强分布也应消失，合成复振幅应为零，即即 -15-上式说明，两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相相差。这就是巴俾特原理。对激光衍射条纹来说，原来是亮条纹的位置上互补时将出现暗条纹。利用这个互补原理，就可以测定各种细丝和薄带

5、的尺寸。根据巴俾涅(Babinet)原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位相差为”。可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同的，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。狭缝或细丝衍射的光强I的分布，由物理学知道：式中：；为衍射角；d是狭缝宽度或细丝直径；是单色光源波长(激光光源波长)是时的光强，即光轴上的光强度。当处将出现光强为零的条纹，即的暗条纹。测量出暗条纹的位置以及对应的暗条纹的级数，就可以根据上面公式计算出细丝直径d。衍射法可以用细丝衍射法(和狭缝衍射互补)，还可以用圆斑衍射法(和小孔衍射互补)。这两种衍射方法都需要制作衍射屏，但前者制作衍射屏比后者

6、容易。⑴干涉法利用空气劈尖的形成干涉条纹，根据劈尖干涉的原理和计算公式，测量出条纹的距离等参数计算出细丝直径d。设计要求⑴通过在实验室观察干涉(“劈尖”等厚干涉)、衍射(细丝衍射)现象，选择其中一种方法，制定出实验方案。⑵画出实验原理图，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出头发直径与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据干涉、或衍射理论及相关公式推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)⑶根据实验原理写出实验内容，设计出实验步骤

7、，要具有可操作性。⑷实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。实验仪器的选择及提示-15-⑴干涉法：读数显微镜；钠灯；平板玻璃两块；头发丝(自带)；也可以自制辅助器件。⑵衍射法：氦氖激光器；自制衍射屏(头发丝固定在支架上)；米尺(三米以上较好)；光屏(可以自制，也可以利用实验室条件)；也可以自制辅助器件。可以用透镜，也可以不用，推荐不用透镜。提交整体设计方案时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。思考题⑴衍射物屏与光屏之间的距离