光学实验基本知识

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1、§3—3光学实验基本知识1.光学仪器的使用及注意事项光学仪器的应用十分广泛。例如，它可以将像放大、缩小或记录储存；可以实现不接触的高精度测量；利用光谱仪器可研究原子、分子和固体的结构，测量各种物质的成分和含量等。特别是由于激光的产生和发展，近代光学和电子技术的密切配合以及材料和工艺上的革新等，使得光学仪器在国民经济的各个部门几乎成为不可缺少的工具。'光学仪器是比较精密的仪器，例如分光计上的角度能读到1，迈克尔逊干涉仪上长度的最小读数为0.0001mm，核心部分是它的光学元件，如各种透镜、反射镜、分划板等，对它们的光学性能（如表面光洁度、平行度、

2、透过率等）都有一定的要求。光学仪器容易损坏，常见的损坏有以下几种：1)物理和机械的原因跌落、震动、挤压以及由于冷热不均造成的损坏，往往使部分或全部元件无法使用；磨损也是很常见的一种，危害性也很大。另外，如光学元件表面（玻璃的或金属的）附有不清洁的物质（如尘埃等），用手或其他粗糙的东西去擦，致使光学表面留下划痕，轻者使其成像模糊，重者根本不能成像。2)化学的原因污损（由于手上的油垢、汗渍或不洁液体的沉淀等）、发霉以及酸、碱等对光学元件表面的腐蚀。由于以上原因，使用光学仪器时，必须注意遵守下列规则：①必须在了解仪器的使用方法和操作要求后才可以使用仪

3、器。②轻拿、轻放，勿使仪器受震，更要避免跌落到地面。光学元件使用完毕，应立即放回原处。③在任何时候都不能用手触及光学表面（光线在此表面反射或折射），只能接触经过磨砂的表面（光线不经过的表面，一般都磨成毛面），如透镜的侧面，棱镜的上、下底面等。④当光学表面被玷污时，对于没有镀膜的光学表面，可用干净的镜头纸轻轻擦，严禁用手、手帕、衣服或其他纸片擦拭。若表面有较严重的污痕、指印等，一般应由实验管理人员用乙醚、丙酮或酒精等清洗（镀膜面不宜清洗）。⑤在暗室中应先熟悉各种仪器用具安放的位置。在黑暗环境下摸索仪器时，手应贴着桌面缓慢移动，以免碰倒或带落仪器。

4、对于光学仪器中的机械部分，仍需注意正确使用。光学仪器中的机械部分，也是比较精§3—3光学实验基本知识47密的，如摄谱仪、单色仪的狭缝；迈克耳孙干涉仪中的蜗轮杆以及精密的丝杠；分光计的刻度盘，甚至于光具座的导轨、滑块等，都应在认真仔细地了解其性能之后，根据操作规程进行使用，决不允许随意拆卸仪器、乱拨旋钮以致造成仪器的损坏。2.大学物理光学实验中常用的光源1)白炽灯白炽灯是以钨丝为发光物体的一种光源。当灯泡内的钨丝两端加上适当电压时，由于电流的热效应，钨丝便炽热发光。白炽灯发出光的光谱是连续光谱，光谱成分和光强与炽热物体的温度有关。根据用途的不同，

5、白炽灯在制造上也有不同的要求，例如“仪器灯泡”对灯丝形状及分布位置有较高要求，对透明外壳也有一定要求，而普通照明灯泡的要求则较低。白炽灯根据需用电压、电流的大小不同也分为好多种。实验室常用的白炽灯有下列几种：①普通灯泡：电压为220V，功率分几十瓦、几百瓦等多种规格，作为照明用的白色光。②小灯泡：电压为6—8V，功率几瓦的，作照明或白光光源用；8V、几十瓦的低电压大电流灯泡作白光光源用（这种灯泡寿命短，不用时应立即断开电源）。③单色光源：在白炽灯前加滤色片或色玻璃，作单色光源用，其单色性决定于滤色片的质量。2)水银灯水银灯（又名汞灯）是一种气体

6、放电光源，发光物体是水银蒸气，它放电的状态是电弧放电，点燃稳定后发出橙绿色的白光，其光谱在可见光范围内有几条分离的强谱线。汞灯的结构如图3-3-1所示。水银灯可分为低压、高压、超高压三种。低压水银灯的气压为1.33—13.3Pa；高压水银灯的气压45为3.03×10—3.02×10Pa；超高压水银灯的气压为53.03×10Pa以上。这里所说的气压是指光源稳定工作时灯泡内所含水银蒸气的气压。水银灯在常温时因为要有很高的电压才能把它点燃，因此灯管内要充有辅助气体如氖等，通电时辅助气体首先被电离，开始气体放电，此后灯管温度得以升高，随后才能产生水银蒸

7、气的弧光放电。弧光放电的伏安特性有负阻现象，要求电路中接入1．放电管；2.放电电极；3.启辉器。一定的阻抗来镇流，否则电流会越来越大，把灯丝图331汞灯的结构图48大学物理实验烧坏。现在一般在220V电源与灯管的电路中串入一个扼流圈来镇流。水银灯在点燃后如突然断电，这时灯管仍然发烫，如又立刻接通电源常常不能点燃，要等灯管温度下降后水银蒸气压降低到一定程度才能点燃，一般需要等10min左右。水银灯辐射紫外线较强，为防止眼睛受伤，不要直接注视水银灯。国产的水银灯泡电流为1.3A左右。3)钠光灯钠光灯也是一种气体放电光源，它的光谱在可见光范围内有两条

8、强谱线（589.592和588.995nm），因此它是一种比较好的单色光源。钠黄线常作为测定折射率的标准波长。这种灯是将金属钠封闭在抽空的特种玻璃泡内