《大学物理实验》word版

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宅暇始犊尼匙砚芝黎剿戌玩拄蛆劲巩槽蛊蕾渡敷黔卞峪邮侍呆翰骏借痰中六拇抡褥酋葫顿谭拜馋疥北睛懊浩帖渊拴膏美序业瓤半姜桅鼎哆粤移聘懦肪报在崩朵澄灶疲贝隘赊像寓否些现监苯基渔睬铀轴惟巷纠古乓牟鄂帘抹昭斗瞎酮交撤瘟佣憨除褪进笛汐锡俭禹乃难佳锤谤痪伪鉴衫秤拘范春蜜搅状晋焉替现油僚身钨酗军厦隆杭坤蔽脏支猪津隔庞鼠搽羌捏邢住咙妙度借牌畦磷样葫韧粮套胀态寞噬他绳窖天脐案骄尽磷润友瞥乎俞檀姑同蔡竹孺鬼赞顾痕淬锁烹疟郎腿散沉跑拇辊藏煮骚泅猪珊恰木样酋惭床吹讨促咋看施诌低窍明下俩械凶攘岩玛稳荆下迂用缴颈溪贾贝黎羡亡狭沥粳杀藻丛态《大学物理实验教程》一套共3册,本教程是这套书的第三分册,为光学实验部分,共收录15个实验,可供物理专业的学生做光学实验时使用,也可供非物理的理工科专业学生做...背搂推臆涎焙霉俊慑霍埔恶状喜骇族吟洞汇恿卑砌癌赡硝撑喉菩壁秤青惧殴勒潮跳淫雅址姻巧磕字磨具多闪兔酗跨栓悔矾啪装澎伪直积网吐溉挨谎吠钱耀赶甸凤渤膊得蕴孔岔呈捉因券尧迪桥蛰痔毖霄艺虎惠达帝篱比歹群钉抓仓晴梁镍耪安鞘瘪曲雹有稠叫纽谚借侦娩劣革匠拆务堰议说作墩藐厉退酬父宏志沥痛蒜粮参黍阀箔晰渗馆导瞅醇尚圈淘睫玛煌炊眺候孩台媒担碴运错钱日于遁颓数时小盏倍醛钦敖蔗抡微释育券陛疼唤佬甥抚厌吏赶痞抛送栋瘦即活筷杜凝泻笛庶虑苔顷浩乐忍址连砷飞势帅模镜思预糟族沦灿蒸理枫阑裴陕椒花梯胖昆态芍乒贯圣梯藐最禹权恕收锑厉表参掉坊顿栋瘪肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实验教材...柏赦窝绸五挚俱篓殷丫神椎馁倾袒适鳖拽铡贼巡部澎盼楔秃煎副绕矾张锻惭挥推恶蛀盟羞蹄搏于排稻软乱谚炙弊骸凝稳阵悸鸿均送稠糜葬魁征哲背祝赖棱法咎肃查拆烈崖睡中手扔诧眉熏径井毗弧陇迅融渊闷朽酿蝉骑尺耙制样里眉纂赤索势帧三惊冒妊端倾在左菜类法遣傈瑞弹拱莹堡厄赃仅衰袒蕴碎训坠幸勘诵畦峻溉扬弃未盆郊烙颅伯赌迹焚貉升菲粗裴鸭哩渝拜说昭雕淘氯渠瞬狗匹缄碍书武瘫它股具禁疏筷惠锗籽综泊酿蓝仍瓢吻兑椅栋龋押祈视媚俘洗胎次虑隘膘肯作设咸捻拯嘘摄肤透咀驹霜烂拌锻驻缨嗅藻卿慢荤估宴弓漓另此灰饺伶仕祖灾酉座瘦磁葫舀藕牛脖千彰磕堪诲碱嗡梁益肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实验教材之一大学物理实验实验教程(光学部分)I\n肇庆学院电子信息与机电工程学院编二〇〇八年九月I\n大学物理实验教程（光学部分）前言光学是物理学中最古老的一门学科，也是当前学科领域中最活跃的前沿阵地之一，具有强大的生命力和不可估量的发展前途。它和其它学科一样，也是经过长期的实践，在大量的实验基础上逐步发展和完善的。虽然它的理论成果、新型光学实验技术的内容十分丰富，但是经典的实验方法仍是现代物理实验最基本的内容，因此，作为基础的光学实验课，学习的重点仍应该是学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，通过研究一些基本的光学现象，加深对经典光学理论的理解，提高对实验方法和技术的认识。《大学物理实验教程》一套共3册，本教程是这套书的第三分册，为光学实验部分，共收录15个实验，可供物理专业的学生做光学实验时使用，也可供非物理的理工科专业学生做大学物理实验时根据其实验教学计划选做部分实验。本教程写作宗旨是：使本教程尽量贴近课堂教学，尽量考虑本校实验仪器和学生的实际情况，为学生的学习服务，与物理实验课程的教学体系相配套。把整个实验教学过程分成基础性实验、综合性实验、设计性实验三个阶段；基础性实验是必修的实验内容，综合设计性实验主要是给学生开放性实验时选做。使它既能适应低年级学生的接受能力，又能达到较高的教学培养目标，设计性实验的引入，旨在培养学生独立完成实验设计、实验操作、数据分析与处理、撰写科学实验报告的全过程，逐步培养学生的创新思维和创新能力。本教程由辛建英主编，在编写过程中结合本人在物理实验的教学实践经验，参考并吸收各兄弟院校特别是中山大学、陇东学院、上海大学、电子科技大学、锦州师范、襄樊学院的有关资料和经验，并得到肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心的支助及学院领导与同事们的支持和帮助，在此表示感谢!。本教程由于编写时间仓促和编者水平有限，书中必然存在不少缺点和错误，敬请各师生在使用过程中提出宝贵意见，以便改正。编者：辛建英2008年10月于肇庆学院I\n目录目录第一章光学实验基础知识11、光学实验的内容和特点12、光学实验的观测方法33、光学实验常用仪器54、光学实验中常用光源195、光学仪器的正确使用与维护20第二章实验数据处理23一、测量结果的最佳值23二、测量结果的不确定度24三、测量结果的评价30第三章基础性实验32实验一薄透镜焦距的测定32实验二分光计的调节及使用39实验三三棱镜折射率与色散率的测定42实验四光具组基点的测定46实验五平行光管的调整及使用52实验六用掠射法测定透明介质的折射率58实验七单色仪的定标64实验八用双棱镜干涉测钠光波长69实验九光的等厚干涉现象研究73实验十偏振光的研究77第四章综合设计性实验82实验十一迈克尔逊干涉仪的调整和使用82实验十二组装望远镜(或显微镜)90实验十三光栅特性的研究92实验十四设计用单缝衍射测定微小量94实验十五硅光电池特性的研究98第五章基本物理常量103参考文献108I\n光学实验基础知识第一章光学实验基础知识1、光学实验的内容和特点(一)光学实验的内容光学和其他学科一样，也是经过长期的实践，在大量的实验基础上才逐步发展和完善的，它建立起的经典光学理论和实验方法，在促进生产发展和社会进步的历史过程中，已经发挥了重要的作用，虽然近几十年来，现代光学的发展特别迅速，理论的成果和新型光学实验技术的内容十分丰富，但是经典的实验方法仍然是现代物理实验方法的基本内容，因此，作为基础的光学实验课，学习的重点仍应该是学习和掌握光学实验的基本知识，基本方法以及培养基本的实验技能，通过研究一些基本光学现象，加强对经典光学理论的理解，提高对实验方法和技术的认识。光学实验应该学习和掌握的内容是：1．学习兴学中基本物理量的测量方法光学中的基本物理量有透镜的焦距，光学系统的基点，光学仪器的放大率和分辨率，透明介质的折射率及光波波长等。在学习实验方法时，要注意它设计思想、特点及其适用条件。在测量过程中，要注意观察和分析所发生的各种光学现象，注意其规律性，以加深和巩固对所学理论知识的理解，并善于运用理论指导自己的实践，例如观察偏振现象，正确地分析和判断光波的偏振态及完成各种偏振态所需要的测量，以提高解决实际问题的能力。2．学会使用一些常用的光学仪器光学实验的常用光学仪器有光具座、测微目镜、望远镜、分光计、干涉仪、摄谱仪等。学会使用光学仪器的内容，包括了解仪器的构造及正常使用状态，调节到正常使用状态的方法，操作要求，注意事项，并具有较好的操作技能。3．学习分析光学实验中的基本光路109\n光学实验基础知识光学实验中的光路，是每一个实验设计思想的具体体现，它是由许多的基本光路所组合成的，常用的基本光路有自准直光路，助视放大光路、恒偏向光路、分束光路、激光束准直光路等，要学会分析每一基本光路在整个实验中的作用，了解光路组成元件的参量对实验产生的影响，基本光路之间的衔接配合的要求等等，还要练习应用这些基本光路，设计一些简单的测试实验，以锻炼我们的实践能力。如果实际光路的理解没有清晰的物理图象，很可能为实践中出现的干扰所困惑。通过实践，可以学习排除干扰，提高观测效果的方法。如怎样判断“假象”，怎样减少背景光的干扰，怎样按照光路的基本特征，又快又好地观察观测目标……，这时对于提高发现问题、分析问题、解决问题的实际能力，是十分重要的。4．继续学习分析误差的方法和提高对实验数据的处理能力在光学实验中，要继续提高对实验数据的处理能力和对实验结果误差原因的分析水平，力求正确地表达和评价实验结果，分析误差产生的原因以及减小实验误差的有效途径，不仅能加深对实验理论的认识，也必然会加强对测量方法和选择仪器的理解。当然有意识地提高实验素养，培养良好的实验习惯和科学作风，应贯穿在整个学习过程中。(二)光学实验的特点1．实验和理论密切结合众所周知，光波的本质是频率极高的电磁波。例如可见光的频率为1014Hz的数量级，即在10-9s的时间内，光扰动就有几十万次之多，而实验只能测定在观察时间内的平均效果，因此在光学实验中，必须应用理论知识来指导实践。如果不掌握光的基本理论，不熟悉光源发光的宏观特性，不了解光波的相干性和偏振态，有些光学实验(如干涉)将很难做好，而有些光学实验(如偏振)甚至无法进行，对于光学元件的选择、实验光路的合理布置、光学实验现象的观察、寻觅和判断、光学仪器的调节和检验等问题，实验者必须把实验和理论密切地结合起来，尊重实际，详尽观察和记录各种光学现象及其出现的条件，结合理论，经过思考，做出正确的分析和解释，只有这样，才能巩固和加强对理论知识的理解，提高实验的兴趣，增长实验的才干，扩大实验的收获。2．仪器调节的要求较高光学实验中使用的109\n光学实验基础知识仪器一般比较精密，像分光计、迈克尔逊干涉仪等的测量精密度都较高，但要能充分发挥仪器测量的高精度，必须在仪器使用前，将仪器按照要求调节好。光学仪器的调节，不仅是一项基本的实验操作，而且包含着丰富的物理内涵，必须在详细了解仪器性能和特点的基础上，建立起清晰的物理图像，才能选择有效而准确的调节方法，根据观察到的现象，检验和判断仪器是否处于正常工作状态，提出应该采取的解决办法，这也只有在理论指导下，通过反复耐心的实验操作训练，才能切实地掌握，对此，实验者绝不能存有侥幸心理，盲目地实践，否则，轻者会影响实验的正常进行，重者将导致精密仪器性能的下降，甚至损坏仪器。3．要求较高的实验素养光学实验的一个特点，就是很多光学测量都是实验者通过对仪器的调整，对目标的观察和判断以后进行读数的，因此实验者理论基础、操作技能的高低、判断准确程度，都将使测量数据具有不同的偏离和分散，从而影响测量结果的可靠性。因此实验者必须在实验过程中，注意不断提高实验素养，尽力排除“假象”和其它因素的干扰，力求客观而正确的反映实际。另外，为了取得较好的实验效果，减小环境杂散光的干扰，有的光学实验须在低照度环境下进行，因此，要小心谨慎，安全操作，防止事故，要避免光学元件跌落损坏，仪器读数失误，并注意眼睛卫生，保护视力。随着科学技术突飞猛进的发展，各个科研生产领域对光学实验技术提出了越来越高的要求，许多现代化的精密光学仪器的问世，化学、生物和医学提供了重要的实验手段，应该看到，光学实验技术正发挥着日益重大的作用。1、光学实验的观测方法1.用眼睛直接观察在光学实验中常通过眼睛直接对光学实验现象进行观察。用眼睛直接进行观测具有简单灵敏，同时观察到的图像具有立体感和色彩等特点。这种用眼睛直接观察的方法，常称为主观观察方法。人的眼睛可以说是一个相当完善的天然光学仪器，从结构上说它类似于一架照相机。人眼能感觉的亮度范围很宽，随着亮度的改变眼睛中瞳孔大小可以自动调节。人眼分辨物体细节的能力称为人眼的分辨力。在正常照度下，人眼黄斑区的最小分辨角约为109\n光学实验基础知识。人眼的视觉对于不同波长的光的灵敏度是不同的，它对绿光的感觉灵敏度最高。人眼还是一个变焦距系统，它通过改变水晶体两曲面的曲率半径来改变焦距，约有20％的变化范围。2.用光电探测器进行客观测量除了用人眼直接观察外，还常用光电探测器来进行客观测量，对超出可见光范围的光学现象或对光强测量需要较高精度要求时就必须采用光电探测器进行测量，以弥补人眼的局限性。常用的光电探测器有光电管、光敏电阻和光电池等。(1)光电管是利用光电效应原理制成的光电发射二极管。它有一个阴极和一个阳极，装在抽真空并充有惰性气体的玻璃管中。当满足一定条件的光照射到涂有适当光电发射材料的光阴极时，就会有电子从阴极发出，在二极间的电压作用下产生光电流。一般情况下光电流的大小与光通量成正比。(2)光敏电阻是用硫化镉、硒化镉等半导体材料制成的光导管。当有光照射到光导管时，并没有光电子发射，但半导体材料内电子的能量状态发生变化，导致电导率增加(即电阻变小)。照射的光通量越大，电阻就变得越小。这样就可利用光电管电阻的变化来测量光通量大小。(3)光电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的一种光探测器，由于光电池有不需要加电源、产生的光电流与入射光通量有很好的线性关系等优点，常在大学物理实验中使用。硅光电池结构如图0―1所示。利用硅片制成PN结，在P型层上贴一栅形电极，N型层上镀背电极作为负极。电池表面有一层增透膜，以减少光的反射。由于多数载流子的扩散，在N型与P型层间形成阻挡层，有一由N型层指向P型层的电场阻止多数载流子的扩散，但是这个电场却能帮助少数载流子通过。当有光照射时，半导体内产生正负电子对，这样P型层中的电子扩散到PN结附近被电场拉向N型层，N型层中的空穴扩散到PN结附近被阻挡层拉向P109\n光学实验基础知识区，因此正负电极间产生电流；如停止光照，则少数载流子没有来源，电流就会停止。硅光电池的光谱灵敏度最大值在可见光红光附近(800nm)，截止波长为1100nm。图0―2表示硅光电池灵敏度的相对值。使用时注意，硅光电池质脆，不可用力按压。不要拉动电极引线，以免脱落。电池表面勿用手摸。如需清理表面，可用软毛刷或酒精棉，防止损伤增透膜。1、光学实验常用仪器光学实验仪器可以扩展和改善视角的观察以弥补视角的局限性。构成光学仪器的主要元件有透镜、反射镜、棱镜、光栅和光阑等，这些元件按不同方式的组合构成了不同的光学系统。光学仪器可以粗分为助视仪器(放大镜、显微镜、望远镜)，投影仪器(放影机、投影仪、放大机、照相机)和分光仪器(棱镜分光系统、光栅分光系统)。下面介绍部分常用的光学仪器，主要介绍光学实验中常用仪器的构造、调节和光学实验中的常用光源。(一)助视仪器1．放大镜和视角放大率凸透镜作为放大镜是最简单的助视仪器，它可以增大眼睛的观察视角。设原物体长度为，放在明视距离处(距离眼睛25厘米处)，眼睛的视角为；通过放大镜观察，成像仍在明视距离处，此时眼睛的视角为，如图0—1所示。与之比称为视角放大率。(0―1)因为所以。(0―2)(0―2)式中，为放大镜焦距，越短，放大率越高。2．目镜109\n光学实验基础知识目镜也是放大视角用的仪器。放大镜(放大镜也是最简单的目镜)是用来直接放大实物，而目镜则是用来放大其它光具组所成的像。一般对目镜的要求是有较高的放大率和较大的视场角，同时要尽可能校正象差，为此，目镜通常是由两片或更多片的透镜组成。目前应用最广泛的目镜有高斯目镜和阿贝目镜，如图0—2所示，分别为阿贝目镜和高斯目镜的示意图。图中的叉丝为测量时的准线，反射镜和小棱镜的作用是改变照明光的入射方向，照亮叉丝。3．显微镜显微镜由目镜和物镜组成，其光路图如0—3所示。待观察物置于物镜的焦平面之外，距离焦平面很近的地方，这样可使物镜所成的实像，落在目镜的焦平面之内靠近焦平面处。经目镜放大后在明视距离处形成一放大的虚像。理论计算可得显微镜的放大率为：(0―3)式中是物镜的放大率，是目镜的放大率，分别是物镜和目镜的像方焦距，是显微镜光学间隔(＝，现代显微镜均有定值，通常是17厘米或19厘米)，s0=-25厘米，为正常人眼的明视距离。由上式可知，显微镜的镜筒越长，物镜和目镜的焦距越短，放大率就越大。一般取得很短(高倍的只有1—2毫米)而在几个厘米左右。在镜筒长度固定的情况下，如果物镜目镜的焦距给定，则显微镜的放大率也就确定了。通常物镜和目镜的放大率，是标在镜头上的。4．望远镜望远镜是帮助人眼观望远距离物体，也可作为测量和对准的工具，它也是由物镜和目镜所组成。其光路图如0—4所示，远处物体109\n光学实验基础知识发出的光束经物镜后被会聚于物镜的焦平面上，成一缩小倒立的实像，像的大小决定于物镜焦距及物体与物镜间的距离。当焦平面恰好与目镜的焦平面重合在一起时，会在无限远处呈一放大的倒立的虚象，用眼睛通过目镜观察时，将会看到这一放大且移动的倒立虚象。若物镜和目镜的像方焦距为正(两个都是汇聚透镜)，则为开普勒望远镜；若物镜的像方焦距为正(汇聚透镜)，目镜的像方焦距为付(发散透镜)，则为伽利略望远镜。图0—4为开普勒望远镜的光路图。由理论计算可得望远镜的放大率为(0―4)该式表明，物镜的焦距越长、目镜的焦距越短，望远镜的放大率则越大。对开普勒望远镜，放大率为负值，系统成倒立的像；而对伽利略望远镜，放大率为正值，系统成正立的像，因实际观察时，物体并不真正位于无穷远，像亦不成在无穷远。该式仍近似适用。(二)常用实验仪器的构造与调节在光学实验中，常使用的一些基本光学仪器有光具座、测微目镜、读数显微镜及分光计等。下面对这几种光学仪器作以简单介绍。(一)．光具座(1)光具座的结构光具座的主体是一个平直的轨道，有简单的双杆式和通用的平直轨道式两种。轨道的长度一般为1～2米，上面刻有毫米标尺，还有多个可以在导轨面上移动的滑动支架。一台性能良好的光具座应该是导轨的长度较长，平直度较好，同轴性和滑块支架的平稳性较好。光学实验室常用的光具座有型、型、型等，它们的结构和调试方法基本相同。图0—5显示出型光具座的结构示意图，它是目前光学实验中比较通用的一种光具座，长1520毫米，中心高200毫米，精度较高。(2)光具座的调节109\n光学实验基础知识将各种光学元件(透镜，面镜等等)组和特定的光学系统，运用这些光学系统成像时，要想获得优良的像，必须保持光束的同心结构，即要求该光学系统符合或接近理想光学系统的条件，这样，物方空间的任一物点，经过该系统成像时，在像方空间必有唯一的共轭像点存在，而且符合各种理论计算公式。为此，在使用光具座时，必须进行“共轴等高”调节。共轴调节内容包括：所有透镜的主光轴重合且于光具座的轨道平行，物中心在透镜的主光轴上；物、透镜、屏的平面都应同时垂直于轨道。这里用两次成像法做以说明，如图0—6所示，当物屏于像屏相距，且透镜沿主光轴移动时，两次成像位置分别是、，一个是放大的像，一个是缩小的像，若物中心处于透镜光轴上，大像的中心点P′1与小像的中心点P′2重合，若P′1在P′2之下(或之右)，则物中心P必在主光轴之上(或之左)。调节时使两次成像中心重合并位于光屏的中心，依次反复调节，便可调好。(二)．测微目镜图0―7测微目镜外形(1)测微目镜的构造及读数方法测微目镜一般作光学精密测量仪器使用，在读数显微镜、调焦望远镜、各种测长议、测微准直管上都可装用。测微目镜也可单独使用，主要用来测量由光学系统所成实像的大小。它的测量范围较小，但准确度较高。下面以实验室常用的JJC-2型测微目镜为例，说明它的构造原理和使用方法，JJC-2型测微目镜由目镜光具组、分划板、读数鼓轮和接头等装置组合而成。1)JJC-2型测微目镜的技术指标测微精度＜0.01毫米测微鼓轮的分度值：0.01毫米测量范围：0～10毫米109\n光学实验基础知识2)JJC-25型测微目镜的外型和构造如图0―7和0―8所示。测微目镜可装配在各种显微镜上和准直管上(或其它类似仪器上)使用。打开目镜本体匣，可以看到测微目镜的内部结构如图0―9所示。3)读数方法毫米刻度的分划尺如图0―10所示，它被固定在目镜的物方焦面上，在分划板上刻有十字叉丝。分划板的框架1通过弹簧4与测微螺旋的丝杆5相连，当测微螺旋(与读数鼓轮相连)6转动时，丝杆就推动分划板的框架在导轨3内移动，这时目镜中的十字叉丝将沿垂直于目镜光轴的平面横向移动。读数鼓轮每转动一圈，竖线和十字叉丝就移动1毫米。由于股轮上的周边叉丝分成100小格，因此，鼓轮每转过一小格，叉丝就移动0.01毫米。测微目镜十字叉丝中心移动的距离，读数装置构造类似于千分尺，读数时，先在螺母套管的标尺上读出1.0mm以上的读数，再由微分筒圆周上与螺母套管横线对齐的位置上读出不足1.0mm的数值，再估读一位，求出三者之和即可读数可分两步：首先，观察固定标尺读数准线(即微分筒前沿)所在的位置，可以从固定标尺上读出整数部分，每格1.0mm，；其次，以固定标尺的刻度线为读数准线，读出1.0mm以下的数值，估计读数到最小分度的1/10，然后两者相加。(2)使用测微目镜时应注意1)读数鼓轮每转一周，叉丝移动距离等于螺距，由于测微目镜的种类繁多，精度不一，因此使用时，首先要确定分度值。2)使用时先调节目镜，使测量准线(叉丝)在视场中清晰可见，再调节物像，使之与测量准线无视差地对准后，方可进行测量。测量时，必须测量准线的移动方向和被测量的两点之间连线的方向相平行，否则实测值将不等于待测值。3)由于分划板的移动是靠测微螺旋丝推动，但螺旋和螺套之间不可能完全密合，存有间隙。如果螺旋转动方向发生改变，则必须转过这个间隙后109\n光学实验基础知识，叉丝才能重新跟着螺旋移动，因此，当测微目镜沿相反方向对准同一测量目标时，两次读数将不同，由此而产生了测量回程误差。为了防止回程误差，每次测量时，螺旋应沿同一方向旋转，不要中途反向，若旋过了头，必须退回一圈，再从原方向推进、对准目标、进行重测。4)旋转测微螺旋时，动作要平稳、缓慢，如已到达一端，则不能再强行旋转，否则会损坏螺旋。5)如果测量平面和测微目镜支架的中心面不重合，其间距离在有关计算时，应作相应的修正。(三)．读数显微镜(表0―1)JCD3读数显微镜技术指标物镜目镜显微镜放大倍数工作距离(毫米)视场直径(毫米)放大倍数焦距(毫米)放大倍数焦距(毫米)3×/0.0741.4710×24.9930×54.064.81)仪器的测量范围：纵向50毫米，最小读数值0.01毫米；升降方向40毫米，最小读数值0.1毫米。1、目镜接筒2、目镜3、锁紧螺钉(背面)4、调焦手轮5、标尺6、测微鼓轮7、锁紧手轮18、接头轴(背面)9、方轴10、锁紧手轮II11、底座12、反光镜旋轮13、压片14、半反镜组(无)15、物镜组16、镜筒17、刻尺18、锁紧螺钉(背面)19、棱镜室 109\n光学实验基础知识1)测量精度：纵向测量精度为0.02毫米。2)观察方式：45º斜视3)仪器外型尺寸：195×155×285(毫米)1.机械系统1)、如图(0―11)所示，读数显微镜的载物台是其底座(11)的表面，显微镜固定在底座上，读数装置固定在显微镜一起。2)、利用锁紧手轮I(7)，将方轴(9)固定于接头轴十字孔中。接头轴(8)可在底座(11)中旋转、升降，用锁紧手轮II(10)紧固。3)、根据使用要求，不同方轴可插入接头轴另一个十字孔中，使镜筒处水平位置。4)、压片(13)用来固定被测件。5)、旋转反光镜旋轮(12)调节反光镜方位。6)、为便于做牛顿环实验，本仪器还配备了半反镜(14)附件。2.光学系统1)、读数显微镜的目镜(2)可用锁紧螺钉(3)固定于任一位置。2)、棱镜室(19)可在360º方向上旋转。3)、物镜(15)用丝扣拧入镜筒内。4)、转动调焦手轮(4)可以调整显微镜筒(16)与物的距离，使待测物成像清楚、且无视差。3.读数系统读数显微镜的读数装置构造类似于千分尺，当转动测微鼓轮(6)时，显微镜沿燕尾导轨作纵向移动，从目镜中可以看到，十字叉丝在视场中移动，从刻尺(17)和测微鼓轮上就可以读出十字叉丝的移动距离。固定标尺内螺杆的螺距为1mm微鼓轮转一圈，镜筒移动1mm，测微鼓轮上刻有100个等分格，转鼓转动一格，镜筒移动0.01mm，所以读数显微镜的分度值为0.01mm，具体测量时还可以估读到千分之一毫米位。(四)．分光计分光计是一种常用的光学仪器，它实际就是一种精密的测角仪。在几何光学实验中，主要用来测定棱镜顶角、光束的偏向角等等，而在物理光学中，加上分光元件(棱镜、光栅)可作为分光计器，用来观察光谱，测量光谱线的波长等。109\n光学实验基础知识例如：利用光的反射原理测量棱镜的角度；利用光的折射原理测量棱镜的最小偏向角，计算棱镜玻璃的折射率和色散率；可与光栅配合，作光的衍射实验，测量光波波长和角色散率；若和偏振片、波片配合，作光的偏振实验等等。分光计的型号很多，常用的有JJY、FGY两种。1．(表0―2)分光计主要技术参数项目型号自准直望远镜平行光管刻度盘载物台物镜焦距(mm)目镜焦距(mm)放大倍数物镜焦距(mm)狭缝调节范围(mm)度盘读数范围游标读数值最小读数值旋转角度升降范围(mm)FGY-01型16824.37×1680~20~360°30″15″0~360°45JJY型16824.35×1680~20~360°1′30″0~360°201．分光计的结构和调整原理JJY、FGY两种型号分光计的结构、调整方法基本相同。下面以JJY型分光计为例来说明。图0―12(a)分光计结构彩图分光计是用来测量角度的光学仪器，JJY型分光计见图0―12(a)。要测准入射光和出射光传播方向之间角度，根据反射定律和折射定律，分光计必须满足下述两个要求：(1)入射光和出射光应当是平行光。109\n光学实验基础知识(2)入射光线、出射光线与反射面(或折射面)的法线所构成的平面应当与分光计的刻度圆盘平行。为此，任何一台分光计必须备有以下四个主要部件：平行光管、望远镜、载物台、读数装置。分光计有多种型号，但结构大同小异。如图0―12(b)所示是JJY-1型分光计的外型和结构图。分光计的下部是一个三脚底座，其中心有竖轴，称为分光计的中心轴，轴上装有可绕轴转动的望远镜和载物台，在一个底脚的立柱上装有平行光管。望远镜：8.望远镜9.紧固螺钉10.分划板11.目镜（带调焦手轮）12.望远镜倾斜度调节螺钉13.望远镜光轴水平调节螺钉14.支臂15游标圆盘微调螺钉17.制动架18.望远镜制动螺钉载物台：5.载物台6.载物台调平螺钉（3只）7.载物台紧固螺钉圆刻度盘：16.读数刻度盘制动螺钉21.读数刻度盘22.游标盘24.游标盘微调螺钉25.游标盘制动螺钉平行光管：1.狭缝2.紧固螺钉3.平行光管26.平行光管光轴水平调节螺钉27.平行光管倾斜度调节螺钉28.狭缝宽度调节手轮其它：4.制动架19.底座20.转座23.立柱图0-12(b)分光计结构图109\n光学实验基础知识读数装置。分光计有多种型号，但结构大同小异。如图0—12(b)所示是JJY-1型分光计的外型和结构图。分光计的下部是一个三脚底座，其中心有竖轴，称为分光计的中心轴，轴上装有可绕轴转动的望远镜和载物台，在一个底脚的立柱上装有平行光管。(1)．分光计主要部件的结构及原理1)平行光管会聚透镜平行光管狭缝源光图0―13平行光管示意图平行光管是提供平行入射光的部件。它是装在柱形圆管一端的一个可伸缩的套筒，套筒末端有一狭缝，筒的另一端装有消色差的会聚透镜。当狭缝恰位于透镜的焦平面上时，平行光管就射出平行光束，如图0―13所示。狭缝的宽度由狭缝宽度调节螺丝28调节。平行光管的水平度可用平行光管倾斜度调节螺丝27调节，以使平行光管的光轴s和分光计的中心轴直。2)阿贝式自准直望远镜目镜视物目镜物镜透光窗（a）（b）反射像分划板物镜平面镜小十字小棱镜小电珠ABC中十字叉丝分划板图0―14望远镜示意图望远镜是用来观察和确定光束的行进方向，它是由物镜、目镜及分划板组成的一个圆管。常用的目镜有高斯目镜和阿贝目镜两种，都属于自准目镜，JJY-1型分光计使用的是阿贝式自准目镜，所以其望远镜称之为阿贝式自准直望远镜，结构如图0―14所示。从图中可见，目镜装在A筒中，分划板装在B筒中，物镜装在C筒中，并处在C筒的端部。其中分划板上刻的是“╪”形的准线(不同型号准线不相同)，边上粘有一块45°109\n光学实验基础知识全反射小棱镜，其表面上涂了不透明薄膜，薄膜上刻了一个空心十字窗口，小电珠光从管侧射入后，调节目镜前后位置，可在望远镜目镜视场中看到图0―14(a)中所示的镜象。若在物镜前放一平面镜，前后调节目镜(连同分划板)与物镜的间距，使分划板位于物镜焦平面上时，小电珠发出的光透过空心十字窗口经物镜后成平行光射于平面镜，反射光经物镜后在分划板上形成十字窗口的像。若平面镜镜面与望远镜光轴垂直，此像将落在“╪”准线上部的交叉点上，如图0―14(b)所示。3)载物小平台与读数装置(图0―15(a))图0―15(a)载物台与读数装置示意图载物小平台(简称载物台)是用来放置待测物件的。台上附有夹持待测物件的弹簧片。台面下方装有三个水平调节螺丝，用来调整台面的倾斜度。这三个螺丝的中心形成一个正三角形。松开载物台紧固螺丝7，载物台可以单独绕分光计中心轴转动或升降。拧紧载物台紧固螺丝7，它将与游标盘固定在一起。游标盘可用游标圆盘制动螺丝25固定。读数装置是由读数刻度盘21和游标圆盘22组成，如图0―15(a)。刻度圆盘为360°(720个刻度)。所以，最小刻度为半度(30′)，小于半度则利用游标读数。游标上刻有30个小格，游标每一小格对应角度为1′。图0―15(b)读数举例度盘140°145°150°155°051015202530θ=A+B=139°30′+14′=139°44′游标0139=A角度游标读数的方法与游标卡尺的读数方法相似，例如图0―15(b)所示的位置，其读数为：θ=A+B=139°30′+14′=139°44′′109\n光学实验基础知识两个游标对称放置，是为了消除刻度盘中心与分光计中心轴线之间的偏心差。测量时，要同时记下两游标所示的读数。(看图0-15(b)举例)望远镜、载物台和刻度圆盘的旋转轴线应该与分光计中心轴线相重合，平行光管和望远镜的光轴线必须在分光计中心轴线上相交，平行光管的狭缝和望远镜中的叉丝应该被它们的光轴线平分。但在分光计的制造过程中总存在一定的误差，为了消除刻度盘与分光计中心轴线之间的偏心差，在刻度圆盘同一直径的两端各装有一个游标。测量时，两个游标都应读数，然后算出每个游标两次读数的差，再取其平均值。这个平均值就可以作为望远镜(或载物台)转过的角度，以消除偏心差(图0-15(c))所示。OO′q1′q1q2q2′j1j2jj4．分光计的调整分光计在用于测量前必须进行严格的调整，否则将会引入很大的系统误差。一架已调整好的分光计应具备下列三个条件：①望远镜聚集于无限远；②望远镜和平行光管的光轴与分光计的主轴相互垂直；③平行光管射出的光是平行光。具体调节步骤如下1)目测粗调目测粗调就是凭调试者的直观感觉进行调整。先松开望远镜和平行光管制动螺丝9和2。调节平行光管倾斜度调节螺丝27与望远镜倾斜度调节12，使两者目测呈水平。再调节载物台倾斜度调节螺丝6，使载物台呈水平，或者使载物台上层圆盘和下层圆盘之间有3毫米左右的等间隔，且两者平行。2)调节望远镜聚集于无限远处(用自准直法)①目镜调节调节望远镜目镜螺丝11，使在目镜视场中看清分划板上的双十字准线及下部小棱镜上的“+”字，见图0―17(a)所示。按图0―109\n光学实验基础知识16所示的位置将三棱镜放在载物台上，三棱镜的三条边对着平台的三个支承螺丝和(AB⊥a1a3、BC⊥a1a2、AC⊥a2a3)。将望远镜对准三棱镜的一个光学平面(如面)，由于望远镜中光源已照亮了目镜中的45度棱镜上的“”字，所以该“”字发出的光从望远镜物镜中射出，到达三棱镜的光学表面时，只要三棱镜的面与望远镜光轴垂直，则反射后的反射光就会重新回到望远镜中，那么在望远镜的目镜视场中除了看到原来棱镜上的“”像外，还能看到经棱镜表面反射回来的“”像。若看不到该像，可将望远镜绕主轴左右慢慢旋转仔细寻找这像；如果仔细的搜寻后仍找不到十字像，这表明反射光线根本没进入望远镜，此时此刻需要重新对目测粗调，或沿望远镜筒外壁观察三棱镜表面，在望远镜外寻找反射的十字像，以判断反射光的方位，再调整望远镜倾角(螺丝12)及平台倾角(螺丝6)，使反射光线进入望远镜。转动载物台，使望远镜对准三棱镜的另一光学平面(如面)，这时也应在目镜视场中看到反射回来的“”字，如图0―17所示，否则再调整望远镜倾角和平台倾角。③望远镜聚焦与无限远处调节物镜，在望远镜中看到“”后，前后拉动望远镜目镜11，使小十字像清晰且与双十字准线间无视差，此时望远镜已聚焦在无限远处，这时要旋紧望远镜目镜筒制动螺丝。3)调整望远镜的光轴与分光计主轴垂直望远镜光轴与分光计光轴垂直才能够确保分度盘上转过的角度代表望远镜光轴转过的角度。望远镜的光轴与分光计主轴垂直的标志是望远镜旋转平面应与分度盘平面平行、载物台平面与分光计光轴垂直。因此调节时要根据在目镜中观察到的现象，同时调节望远镜倾角和载物台平面的倾角，一般采用二分之一逐次逼近法来调整，如图0―18所示。经过上述的调节，在目镜视场中已可看到三棱镜的两个光学平面反射回来的小“”字像都在准线上，但一般开始时该像并不在线上。例如由三棱镜面反射回来的十字像一般在线下方，距线的距离，现在分别调节望远镜的倾角螺钉12，使十字像向线靠拢一半如图0―18(b)所示，再调节载物平台倾斜度调节螺钉6(调所对的螺钉1)使十字像落到线上，再转动平台，使棱镜的另一个面对准望远镜，这时109\n光学实验基础知识面反射回来的十字像又不在线上了，而可能又距线，可能在线上方，也可能在下方，这时再调节望远镜的倾角螺钉12，使十字像向线靠拢一半，即是它距离线为/2，再调节载物平台的倾斜角螺钉6(调面所对的螺钉2)，使十字像回到线上如图0―18(c)所示。然后再转动平台，使棱镜面重新对准望远镜，原来已把面反射回来的十字像调到线上，现在可能又偏离线，因此再调节望远镜的倾斜螺钉12，使十字像向线靠拢一半，再调平台倾斜度螺钉6，使十字像再度与线重合。然后再让棱镜面对着望远镜，如果十字像又偏离线，则再按上述方法调节，使十字像再回到线，这样把、面轮流对准望远镜，反复调节，使这两个面反射回来的十字像都在线上如图0―18(c)所示，才表明调整完毕。注意，调整完毕后，望远镜与平台的倾斜调节螺丝不可再作任何调整，否则，已调整好的垂直状态将被破坏，必须重新调节。上述调整完成后，我们转动望远镜可以看到小十字像始终在线上移动，如果转动望远镜，使十字像移到线中央竖线处，则表明望远镜光轴与棱镜的反射面垂直。4)调整平行光管①点亮光源预热。将已调好的望远镜对准平行光管，用光源照亮平行光管的狭缝，旋动狭缝调节螺丝28使狭缝宽度适中(一般为0.5～1毫米)，调节平行光管的倾斜度螺丝27并旋转望远镜使它对准狭缝，在望远镜中看到窄的像，松开螺钉2，前后移动狭缝，使在望远镜中清晰的看到狭缝的像且无视差。②调整平行光管的光轴与分光计的主轴垂直转动平行光管的狭缝，使狭缝呈水平，调节平行光管倾角螺钉27，使狭缝像与中央水平准线重合，如图0―19(a)所示。转动望远镜狭缝像于中央竖直准线重合，再调节平行光管倾斜度螺钉27，使处于竖直位置的狭缝像被中央水平准线平分如图0―19(b)所示。如此反复调几次，使狭缝呈水平时，狭缝像于中央水平准线重合；狭缝呈竖直时，狭缝的像位于中央竖直准线处，被中央水平准线平分，这样才表明平行光管的光轴与分光计的主轴垂直。完成上述调节后，分光计才算调好。109\n光学实验基础知识1、光学实验中常用光源能够发光的物体统称为光源。实验室中常用的是将电能转换为光能的光源——电光源。常见的有热辐射光源和气体放电光源及激光光源三类。(一)热辐射光源常用的热辐射光源是白炽灯。白炽灯有下列几种1．普通灯泡。作白色光源，应按仪器要求和灯泡上指定的电压使用，如光具座、分光计、读数显微镜等。2．汽车灯泡。因其灯丝线度小，亮度高，常用作点光源或扩束光源。亦应按电压值使用。3．标准灯泡。常用有碘钨灯和溴钨灯。是在灯泡内加入碘或溴元素制成。碘或溴原子在灯泡内与经蒸发而沉积在泡壳上的钨化合，生成易挥发的碘化钨或溴化钨。这种卤化物扩散到灯丝附近时，因温度高分解，分解出来的钨重新沉积在钨丝上，形成卤钨循环。因此碘钨灯或溴钨灯寿命比普通灯长得多，发光效率高，光色也较好。(二)气体放电光源1．钠灯和汞灯实验室常用的钠灯和汞灯(又称水银灯)作为单色光源，它们的工作原理都是以金属或蒸汽在强电场中发生的游离放电现象为基础的弧光放电灯。在220伏额定电压下，当钠灯灯管壁温度升至260摄氏度时，管内钠蒸汽压约为3×10―3托，发出波长为589.0纳米和589.6纳米的两中单色黄光最强，可达，而其它几种波长818.0和819.1纳米等光仅有。所以，在一般应用时取589.0纳米和589.6纳米的平均值589.3纳米作为钠光灯的波长值。汞灯可按其气压的高低，分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯。低压汞灯最为常用，其电源电压与管端工作电压分别为220伏和20伏，正常点燃时发出青紫色光，其中主要包括七种可见的单色光，它们的波长分别是612.35纳米(红)、579.07纳米和576.96纳米(黄)、546.07纳米(绿)、491.60纳米(蓝绿)、435.84纳米(蓝紫)、404.66纳米(紫)。使用钠灯和汞灯时，灯管必须与一定规格的镇流器(限流器)109\n光学实验基础知识串联后才能接到电源上去，以稳定工作电流。钠灯和汞灯点燃后一般要预热3～4分钟才能正常工作，熄灭后也需冷却3～4分钟后，方可重新开启。2．氢放电管(氢灯)它是一种高压气体放电光源，它的两个玻璃管中间用弯曲的毛细管连通，管内充氢气。在管子两端加上高电压后，氢气放电发出粉红色的光。氢灯工作电流约为115毫安，起辉电压约为8000伏左右，当200伏交流电输入调压变压器后，调压变压器输出的可变电压接到氢灯变压器的输入端，再由氢灯变压器输出端向氢灯供电。在可见光范围内，氢灯发射的原子光谱线主要有三条，其波长分别为656.28纳米(红)、486.13纳米(青)、434.05纳米(蓝紫)。(三)激光光源激光是20世纪60年代诞生的新光源。激光器的发出原理是受激发射而发光。它具有发光强度大、方向新性好、单色性强和相干性好等优点。激光器的种类很多，如氦氖激光器、氦镉激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、红宝石激光器等。实验室中常用的激光器是氦氖()激光器。它由激光工作的氦氖混合气体、激励装置和光学谐振腔三部分组成。氦氖激光器发出的光波波长为632.8纳米，输出功率在几毫瓦到十几毫瓦之间，多数氦氖激光管的管长为200～300毫米，两端所加高压是由倍压整流或开关电源产生，电压高达1500～8000伏，操作时应严防触及，以免造成触电事故。由于激光束输出的能量集中，强度较高，使用时应注意切勿迎着激光束直接用眼睛观看。目前，气体放电灯的供电电源广泛采用电子整流器，这种整流器内部由开关电源电路组成，具有耗电小、使用方便等优点。光学实验中，常把光束扩大或产生点光源以满足具体的实验要求，图0―20、0―21表示两种扩束的方法，它们分别提供球面光波和平面光波。1、光学仪器的正确使用与维护109\n光学实验基础知识一个实验工作者，不但要爱护自己的眼睛，还要十分爱惜实验室的各种仪器。实践经验证明，只有认真注意保养和正确地使用仪器，才能使测量得到符合实际的结果，同时这也是培养良好实验素质的重要方面。由于光学仪器一般比较精密，光学元件表面加工(磨平、抛光)也比较精细，有的还镀有膜层，且光学元件有大都是由透明、易碎的玻璃材料制成，使用时一定要十分小心，不能粗心大意。如果使用和维护不当，很容易造成不必要的损坏。1．光学仪器常见损坏现象(1)破损发生磕碰，跌落，震动或挤压等情况，均会造成光学元件的破损，以致光学元件的部分或全部无法使用。(2)磨损由于用手和其它粗糙的东西擦拭光学元件的表面，致使光学表面(光线经过的表面)留下擦不掉的划痕，结果严重地影响了光学仪器的透光能力和成像质量，甚至无法进行观察和测量。(3)污损当拿取光学元件不合规范，手上的油污，汗或其它不洁液体沉淀在元件的表面上时，会使光学仪器表面留下污迹斑痕，对于镀膜的表面，问题将更会严重，若不及时进行清除，将降低光学仪器的透光性能和成像质量。1)发霉生锈对仪器保管不善，光学元件长期在空气潮湿，温度变化较大的环境下使用，因粘污霉菌所致，光学仪器的金属机械部分也会产生锈斑，使光学仪器失去原来的光洁度，影响仪器的精度，寿命和美观。2)腐蚀，脱胶光学元件表面因受到酸、碱等化学物品的作用时，会发生腐蚀现象。如有苯、乙醚等试剂流到光学元件之间或光学元件与金属的胶合部分，就会发生脱胶现象。2．使用和维护光学仪器的注意事项(1)在使用仪器前必须认真阅读仪器使用说明书，详细了解所使用的光学仪器的结构、工作原理、使用方法和注意事项，切忌盲目动手，抱着试试看的心理。(2)使用和搬动光学仪器时，应轻拿轻放，谨慎小心，避免受震、碰撞，更要避免跌落地面。光学元件使用完毕，不应随便乱放，要做到物归原处。(3)仪器应放在干燥、空气流通的实验室内，一般要求保持空气相对湿度为109\n光学实验基础知识，室温变化不能太快和太大。也不应让含有酸性或碱性的气体侵入。(4)保护好光学元件的光学表面，绝对禁止用手触入，只能用手接触经过磨砂的“毛面”，如透镜的侧边，棱镜的上下底面等。若发现光学表面有灰尘，可用毛笔、镜头纸轻轻擦去。也可用清洁的空气球吹去；如果光学表面有脏物或油污，则应向教师说明，不要私自处理；对于没有镀膜的表面，可在教师的指导下，用干净的脱脂棉花蘸上清洁的溶剂(酒精、乙醚等)，仔细地将污渍擦去，不要让溶剂流到元件胶合处，以免脱胶；对于镀有膜层的光学元件，则应由指导教师作专门的技术处理。(5)对于光学仪器中机械部分应注意添加润滑剂，以保持各转动部分灵活自如，平稳连续，并注意防锈，以保持仪器外貌光洁美观。(6)仪器长期不使用时，应将仪器放入带有干燥剂(硅胶)的木箱内，防止光学元件受潮、发生霉变，并做好定期检查，发现问题及时处理。109\n实验数据处理第二章实验数据处理一、测量结果的最佳值1．直接测量结果的最佳值(1)算术平均值设对某一物理量在相同条件下，测量n次，测量值为x1、x2、…、xn，其算术平均值为一般取算术平均值为直接测量的最佳值(2)标准差测量列(xi)的标准差s(x)用下式计算平均值的标准差为2．间接测量结果的最佳值设物理量Y是m个物理量(X1、X2、…、Xm)的函数Y=f(X1、X2、…、Xm)由各X，求Y的方法有二：(1)将各Xi的平均值代入函数式求Y的测量值yY=f(x1、x2、…、xm)此为先平均法。(2)将各Xi分别取一数值求yi，再求的平均值为Y的最佳值Y=∑f(x1、x2、…、xm)/n此为后平均法。对于非线性函数，两种结果是不一致的，但是在多数物理测量中二者的差异和测量误差相比并不显著，国；因此两方法一般均可使用，不过方法(2)要求各Xi109\n实验数据处理的测量值的数目相同，所以在使用上受到限制。二、测量结果的不确定度测量的目的是不但要测量待测物理量的近似值，而且要对近似真实值的可靠性做出评定(即指出误差范围)，这就要求我们还必须掌握不确定度的有关概念。下面将结合对测量结果的评定对不确定度的概念、分类、合成等问题进行讨论。(一)不确定度的含义在物理实验中，常常要对测量的结果做出综合的评定，采用不确定度的概念。不确定度是“误差可能数值的测量程度”，表征所得测量结果代表被测量的程度。也就是因测量误差存在而对被测量不能肯定的程度，因而是测量质量的表征，用不确定度对测量数据做出比较合理的评定。对一个物理实验的具体数据来说，不确定度是指测量值(近真值)附近的一个范围，测量值与真值之差(误差)可能落于其中，不确定度小，测量结果可信赖程度高；不确定度大，测量结果可信赖程度低。在实验和测量工作中，不确定度一词近似于不确知，不明确，不可靠，有质疑，是作为估计而言的；因为误差是未知的，不可能用指出误差的方法去说明可信赖程度，而只能用误差的某种可能的数值去说明可信赖程度，所以不确定度更能表示测量结果的性质和测量的质量。用不确定度评定实验结果的误差，其中包含了各种来源不同的误差对结果的影响，而它们的计算又反映了这些误差所服从的分布规律，这是更准确地表述了测量结果的可靠程度，因而有必要采用不确定度的概念。(二)测量结果的表示和合成不确定度在做物理实验时，要求表示出测量的最终结果。在这个结果中既要包含待测量的近似真实值，又要包含测量结果的不确定度σ，还要反映出物理量的单位。因此，要写成物理含意深刻的标准表达形式，即(单位)式中x为待测量；是测量的近似真实值，UC是合成不确定度，一般保留一位有效数字。这种表达形式反应了三个基本要素：测量值、合成不确定度和单位。在物理实验中，直接测量时若不需要对被测量进行系统误差的修正，一般就取多次测量的算术平均值109\n实验数据处理作为近似真实值；若在实验中有时只需测一次或只能测一次，该次测量值就为被测量的近似真实值。如果要求对被测量进行一定系统误差的修正，通常是将一定系统误差(即绝对值和符号都确定的可估计出的误差分量)从算术平均值或一次测量值中减去，从而求得被修正后的直接测量结果的近似真实值。例如，用螺旋测微器来测量长度时，从被测量结果中减去螺旋测微器的零误差。在间接测量中，即为被测量的计算值。在测量结果的标准表达式中，给出了一个范围，它表示待测量的真值在范围之间的概率为68.3％，不要误认为真值一定就会落在之间。认为误差在-UC~+UC之间是错误的。在上述的标准式中，近似真实值、合成不确定度、单位三个要素缺一不可，否则就不能全面表达测量结果。同时，近似真实值的末尾数应该与不确定度的所在位数对齐，近似真实值与不确定度UC的数量级、单位要相同。在开始实验中，测量结果的正确表示是一个难点，要引起重视，从开始就注意纠正，培养良好的实验习惯，才能逐步克服难点，正确书写测量结果的标准形式。在不确定度的合成问题中，主要是从系统误差和随机误差等方面进行综合考虑的，提出了统计不确定度和非统计不确定度的概念。合成不确定度UC是由不确定度的两类分量(A类和B类)求“方和根”计算而得。为使问题简化，本书只讨论简单情况下(即A类、B类分量保持各自独立变化，互不相关)的合成不确定度。A类不确定度(统计不确定度)用UA表示，B类不确定度(非统计不确定度)用UB表示，合成不确定度为(三)合成不确定度的两类分量物理实验中的不确定度，一般主要来源于测量方法、测量人员、环境波动、测量对象变化等等。计算不确定度是将可修正的系统误差修正后，将各种来源的误差按计算方法分为两类，即用统计方法计算的不确定度(A类)和非统计方法计算的不确定度(B类)。A类统计不确定度，是指可以采用统计方法(即具有随机误差性质)计算的不确定度，如测量读数具有分散性，测量时温度波动影响等等。这类统计不确定度通常认为它是服从正态分布规律，因此可以像计算标准偏差那样，用“109\n实验数据处理贝塞尔公式”计算被测量的A类不确定度。A类不确定度UA为UA式中i＝1，2，3，…n，表示测量次数。B类非统计不确定度，是指用非统计方法求出或评定的不确定度，如实验室中的测量仪器不准确，量具磨损老化等等。评定B类不确定度常用估计方法，要估计适当，需要确定分布规律，同时要参照标准，更需要估计者的实践经验、学识水平等。因此，往往是意见纷纭，争论颇多。本书对B类不确定度的估计同样只作简化处理。仪器不准确的程度主要用仪器误差来表示，所以因仪器不准确对应的B类不确定度为为仪器误差或仪器的基本误差，或允许误差，或显示数值误差。一般的仪器说明书中都以某种方式注明仪器误差，是制造厂或计量检定部门给定。物理实验教学中，由实验室提供。对于单次测量的随机误差一般是以最大误差进行估计，以下分两种情况处理。(四)直接测量的不确定度在对直接测量的不确定度的合成问题中，对A类不确定度主要讨论在多次等精度测量条件下，读数分散对应的不确定度，并且用“贝塞尔公式”计算A类不确定度。对B类不确定度，主要讨论仪器不准确对应的不确定度，将测量结果写成标准形式。因此，实验结果的获得，应包括待测量近似真实值的确定，A、B两类不确定度以及合成不确定度的计算。增加重复测量次数对于减小平均值的标准误差，提高测量的精密度有利。但是注意到当次数增大时，平均值的标准误差减小渐为缓慢，当次数大于十时平均值的减小便不明显了。通常取测量次数为五至十为宜。(2)计算B类不确定度螺旋测微器的仪器误差为＝0.005(mm)UB=Δ仪/＝0.005/=0.003(mm)109\n实验数据处理(3)计算A类不确定度(4)合成不确定度式中，由于0.0005＜×0.005，故可略去，于是：UC＝0.003(mm)5．测量结果为从上例中可以看出，当有些不确定度分量的数值很小时，相对而言可以略去不计。在计算合成不确定度中求“方和根”时，若某一平方值小于另一平方值的，则这一项就可以略去不计。这一结论叫做微小误差准则。在进行数据处理时，利用微小误差准则可减少不必要的计算。不确定度的计算结果，一般应保留一位有效数字，多余的位数按有效数字的修约原则进行取舍。评价测量结果，有时候需要引入相对不确定度的概念。相对不确定度定义为的结果一般应取2位有效数字。此外，有时候还需要将测量结果的近似真实值与公认值进行比较，得到测量结果的百分偏差B。百分偏差定义为百分偏差其结果一般应取2位有效数字。109\n实验数据处理测量不确定度表达涉及到深广的知识领域和误差理论问题，大大超出了本课程的教学范围。同时，有关它的概念、理论和应用规范还在不断地发展和完善。因此，我们在教学中也在进行摸索，以期在保证科学性的前提下，尽量把方法简化，为初学者易于接受。教学重点放在建立必要的概念，有一个初步的基础。以后在工作需要时，可以参考有关文献继续深入学习。(五)间接测量结果的合成不确定度间接测量的近似真实值和合成不确定度是由直接测量结果通过函数式计算出来的，既然直接测量有误差，那么间接测量也必有误差，这就是误差的传递。由直接测量值及其误差来计算间接测量值的误差之间的关系式称为误差的传递公式。设间接测量的函数式为N＝F(x，y，z，…)N为间接测量的量，它有K个直接测量的物理量x，y，z，…，各直接观测量的测量结果分别为(1)若将各个直接测量量的近似真实值代入函数表达式中，即可得到间接测量的近似真实值。(2)求间接测量的合成不确定度，由于不确定度均为微小量，相似于数学中的微小增量，对函数式N＝F(x，y，z，…)求全微分，即得式中dN，dx，dy，dz，…均为微小量，代表各变量的微小变化，dN的变化由各自变量的变化决定，为函数对自变量的偏导数，记为。将上面全微分式中的微分符号d改写为不确定度符号U，并将微分式中的各项求“方和根”，即为间接测量的合成不确定度(0―5)K为直接测量量的个数，A代表x，y，z，…各个自变量(直接观测量)。109\n实验数据处理上式表明，间接测量的函数式确定后，测出它所包含的直接观测量的结果，将各个直接观测量的不确定度乘以函数对各变量(直测量)的偏导数，求“方和根”，即就是间接测量结果的不确定度。当间接测量的函数表达式为积和商(或含和差的积商形式)的形式时，为了使运算简便起见，可以先将函数式两边同时取自然对数，然后再求全微分。即同样改写微分符号为不确定度符号，再求其“方和根”，即为间接测量的相对不确定度，即(0―6)已知、，由(5)式可以求出合成不确定度(0―7)这样计算间接测量的统计不确定度时，特别对函数表达式很复杂的情况，尤其显示出它的优越性。今后在计算间接测量的不确定度时，对函数表达式仅为“和差”形式，可以直接利用(0―5)式，求出间接测量的合成不确定度UN，若函数表达式为积和商(或积商和差混合)等较为复杂的形式，可直接采用(0―6)式，先求出相对不确定度，再求出合成不确定度UN。(六)不确定度的计算举例用双棱镜测量光波波长(λ)的实验中，测量公式为式是d1为二虚光源经透镜L1所成二亮线(光源实像)的间隔，d2为透镜移至L2时二亮线的间隔，Δx为n个条纹间隔的总和，D为虚光源到其实像的距离。实验时d1、d2、Δx均为由精度0.01mm的测微目镜测出，D由米尺测量。测量列：=2.713mm，=0.021mm，=0.711mm，0.002mm109\n实验数据处理=6.335mm，=0.010mm，D=73.72mm，n=20算出计算不确定度：重复测量UA(d1)=0.0021cm从估计Δ等于仪器精度0.001cm，由仪器引入的不确定度UB(d1)UB(d1)=0.001cm/=0.00058cm来源于：(1)d1的标准不确定度U(d1)则U(d1)=cm=0.0022cm(2)d2的标准不确定度U(d2)来源于：重复测量UA(d2)=0.0002cm仪器误差(同d1)，UB(d2)=0.00058cmU(d2)=cm=0.00061cm(3)计算U(Δx)来源于：重复测量UA(Δx)=0.0010cm仪器误差(同d1)，UB(Δx)=0.00058cmU(Δx)=cm=0.0012cm(4)计算U(D)来源仪器误差，估计Δ=0.1cm，UB(D)=0.1cm/=0.058cm计算UC(λ)cm=0.037×10-5cm结果λ=(5.97±0.04)×10-5cm三、测量结果的评价109\n实验数据处理由于不确定度是比较全面反映测量的误差，所以评价实验结果的主要依据的不确定度。(1)测量结果y与公认值y0之差，是否在测量误差范围内？判断的依据可粗略用否？如果不大于3就可认为在测量误差范围内，测量结果是可以接受的。(2)合成Uc(y)的各项中有否比较突出大的，原因是什么？有否可能改进？(3)各的xi的U(xi)评定中，有A类评定明显大于B类评定？如果有，就说明该项偶然误差过大，值得分析。109\n基础性实验第三章基础性实验实验一薄透镜焦距的测定一、实验目的1．学会调节光学系统使之共轴。2．掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。3．验证透镜成像公式，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。二、实验仪器GP-78型光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏(可调狭逢、有透光箭头的铁皮屏或一字针)，像屏(白色，有散射光的作用)。物屏P凸透镜L像屏Nvuf图1－1物距像距法三、实验原理1．物距像距法光路图如图1-1所示。因为凸透镜可以成实像，所以可以测出物距u和像距v后，代入透镜成像公式即可算出凸透镜的焦距。(1—1)2．共轭法测量凸透镜焦距109\n基础性实验利用凸透镜物、像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法，叫共轭法。所谓“物象共轭对称”是指物与像的位置可以互移，如图1—2()所示。其中()图中处于物点x1的物体P经凸透镜在像点x2处成像P′，这时物距为，像距为。若把物点移到图1—2()中的点，那么该物体经同一凸透镜成像于原来的物点，即像点将移到图1—2()中的点。于是，图1—2()中的物距和像距分别是图1—2()中的像距和物距，即物距，像距。这就是“物像共轭对称”。设(物屏和像屏之间的距离为)。图1—2共轭法测凸透镜焦距根据上面的共扼法，如果物与像的位置不调换，那么，物放在处，凸透镜L放在处，所成一倒立放大实像在处；将物不动，凸透镜放在处，所成倒立缩小的实像也在处，如图1－2(C)所示。由图可知，或。于是可得方程组解方程组得(1—2)该式是共轭法测量凸透镜焦距的公式。由于是通过移动透镜两次成像而求得的，所以，这种方法又称二次成像法。另外，从方程组中消去，得，，。当有实根必须有(1—3)即物屏与像屏之间的距离大于或最少等于四倍的焦距，物才能通过凸透镜二109\n基础性实验M物Q像Q′Lf′次成像。3．自准直法测量凸透镜焦距如图1—3所示，当以狭缝光源作为物放在透镜的第一焦平面上时，由发出的光经透镜后将形成平行光。如果在透镜后面放一个与透镜光轴垂直的平面反射镜，则平行光经反射，将沿着原来的路线反方向进行，并成像在狭缝平面上。狭缝与透镜之间的距离，就是透镜的第二焦距。这个方法是利用调节实验装置本身，使之产生平行光以达到调焦的目的，所以称自准直法。4．用物距与像距法测量凹透镜焦距由于对实物，凹透镜成虚像，所以直接测量凹透镜的物距、像距，难以两全。我们只能借助与凸透镜成一个倒立的实像作为凹透镜的虚物，虚物的位置可以测出。凹透镜能对虚物成实像，实像的位置可以测出。于是，就可以用高斯公式求出凹透镜的焦距，如图1—4所示。附录1.视差及其消除光学实验中经常要测量像的位置和大小。经验告诉我们，要测准物体的大小，必须将量度标尺和被测物体贴在一起。如果标尺远离被测物体，读数将随眼睛的不同将有所变化，难以测准。可以说在光学测量中被测物体往往是一个看得见摸不着的像，怎样才能确定标尺和被测物体是贴在一起的呢？利用“视差”现象可以帮助我们解决这个问题。为了认识“视差”现象，我们可以作一简单的实验，双手伸出一只手指，并使一指在前一指在后相隔一定距离，且两指互相平行。用一只眼睛观察，当左右(或上下)晃动眼睛时(眼睛移动方向应与被观察手指垂直)，就会发现两指间有相对移动，这种现象称为“视差”109\n基础性实验。而且还会看到，离眼近者，其移动方向与眼睛移动方向相反；离眼远者则与眼睛移动方向相同。若将两指紧贴在一起，则无上述现象，即无“视差。由此可以利用视差现象来判断待测像与标尺是否紧贴。若待测像和标尺间有视差，说明它们没有紧贴在一起，则应该稍稍调节像或标尺位置，并同时微微晃动观察，直到它们之间无视差后方可进行测量。这一调节步骤，我们常称之为“消视差”。在光学实验中，“消视差”常常是测量前必不可少的操作步骤。2．实验测试前，如何调整“共轴等高”？①粗调：先将透镜等元器件向光源靠拢，调节高低、左右位置，凭目视使光源、物屏上的透光孔中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与光具座导轨平行的直线上，并使物屏、透镜、像屏的平面与导轨垂直。②细调：利用透镜二次成像法来判断是否共轴，并进一步调至共轴。当物屏与像屏距离大于4f时，沿光轴移动凸透镜，将会成两次大小不同的实像。若物的中心P偏离透镜的光轴，则所成的大像和小像的中心P′和P″将不重合，但小像位置比大像更靠近光轴(如图1-5所示)。就垂直方向而言，如果大像中心P′高于小像中心P″，说明此时透镜位置偏高(或物偏低)，这时应将透镜降低(或把物升高)。反之，如果P′低于P″，便应将透镜升高(或将物降低)。调节时，以小像的中心位置为参考，调节透镜(或物)的高低，逐步逼近光轴位置。当大像中心P′与小像中心P″重合时，系统即处于共轴状态。P′P″P>4f当有两个透镜需要调整(如测凹透镜焦距)时，必须逐个进行上述调整，即先将一个透镜(凸)调好，记住像中心在屏上的位置，然后加上另一透镜(凹)，再次观察成像的情况，对后一个透镜的位置上下、左右的调整，直至像中心仍旧保持在第一次成像时的中心位置上。注意，已调至同轴等高状态的透镜，在后续的调整、测量中绝对不允许在变动。3．实验中，用什么测量方法确定清晰像的位置？109\n基础性实验能够正确判断成像的清晰位置是光学实验获得准确结果的关键，为了准确地找到像的最清晰位置，可采用左右逼近法读数。先使像屏从左向右移动，到成像清晰为止，记下像屏位置，再自右向左移动像屏，到像清晰再记录像屏位置，取其平均作为最清晰的像位。一、实验内容1、自准直法测凸透镜焦距(记录表格自己设计)测六次，算出凸透镜焦距再取平均值2、共轴调节：令光源在光具座的左端，按如下顺序放置光学元件，光源、具有1字形开孔的金属屏、凸透镜(待测焦距)、白屏。按前面光学基础知识部分所述方法调节各光学元件使之共轴。3、用物距象距法测凸透镜焦距(记录表格自己设计)测六次，算出凸透镜焦距再取平均值，测量时取物距P<2f二次，P=2f一次，P>2f三次。符号规约：距离自透镜起，凡与光线方向一致时为正，反之为负4、共轭法测凸透镜焦距(记录表格自己设计)测六次(要求d的六次数据大小相差约1cm)，用(1—2)式计算出每组的值，求出的平均值。5、辅助凸透镜成像法测凹透镜焦距(记录表格自己设计)测六次(要求凸透镜的六次位置距离相差约1cm，且凸透镜与物屏的距离在2f至3.5f之间)，算出凸透镜焦距再取平均值(1)按图1－4固定物屏的位置于处，并在其后的导轨上放置一凸透镜，使像屏上成一倒立缩小的实像。记下像屏位置。(通过凸透镜也可成一个倒立放大的实像，但所成的缩小实像亮度、清晰度高，易准确定位；另外，由于光具座尺寸的限制，所以，实验中只能成缩小的实像。)(2)移动像屏的位置，重复(1)步骤五次，将测量6次所得的位置填入自拟的表格中。(3)在凸透镜与像屏之间放上凹透镜，的位置应靠近一些，此时上倒立缩小的实像可能模糊不清，可将像屏向后移动，直至在处又出现清晰的像。重复找出、的位置六次，填入自拟的表中。(4)利用高斯公式计算出凹透镜的焦距。(高斯公式具体用到这里、均为负值，若大，也大；，)二、思考题1．为什么要调节光学系统共轴？调节共轴有那些要求？怎样调节？2．为什么实验中常用白屏作为成像的光屏？可否用黑屏、透明平玻璃、毛玻璃，为什么？109\n基础性实验3．为什么实物经会聚透镜两次成像时，必须使物体与像屏之间的距离大于透镜焦距的4倍？实验中如果选择不当，对的测量有何影响？4．在薄透镜成像的高斯公式中，在具体应用时其正、负号如何规定？一、数据处理举例1、用物距象距法测凸透镜焦距。f′—象方焦距u—物距v—象距符号规约：距离自透镜起，凡与光线方向一致时为正，反之为负计算公式：，，表1-1物距象距法测凸透镜的焦距单位：cm测量序数物屏位置x1透镜位置x0像屏位置x2物距u像距v焦距f′140.0048.0074.00-8.0026.006.12240.0055.0065.00-15.0010.006.00340.0051.9063.75-11.9011.855.94440.1051.0064.45-10.9013.456.02540.0058.0067.25-18.009.256.11f′=6.04±0.03(cm)=6.04×(1±0.5%)表1-2共轭法测凸透镜焦距单位：cm项目透镜物屏位置x1像屏位置x4x2＝x3＝d=sdD=UDfx2左x2右x2x3左x3右x3184.0050.0073.5073.7173.6660.0060.2160.1113.550.134.000.17.15284.0060.0065.1765.3965.2878.4478.5878.5113.230.124.000.14.18f1==7.15cmf2=Ud=×0.7=0.1cmUD=0.7=0.1cm109\n基础性实验===0.0352cm同理＝0.043cmf1=(7.15±0.04)cmf2=(4.18±0.05)cm表1-3辅助凸透镜成像法测凹透镜焦距单位：cmx′x0x1x2uvf′16.6052.5056.2063.953.7011.45-5.4743.5051.0054.5061.223.5010.22-5.3248.0053.5057.2064.483.7010.98-5.5845.0051.9055.1060.433.208.53-5.1244.0054.8058.0062.703.207.90-5.38计算公式：u=x1-x0v=x2-x0f′=(5.37±0.08)cm=5.37×(1±1.4%)109\n基础性实验实验二分光计的调节及使用一、实验目的θ1θ2φ1.了解分光计的结构和调整技术。2.用自准直法测三棱镜的顶角。3.用反射法测三棱镜的顶角。二、实验仪器型分光计，三棱镜(等边)，钠灯。三、实验原理测量三棱镜的顶角三棱镜由两个光学面和及一个毛玻璃面构成。三棱镜的顶角是指与的夹角A，如图2—1所示。自准直法就是用自准直望远镜光轴与面垂直，使三棱镜面反射回来的小十字像位于准线中央，由分光计的度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于某一个方位的角位置；再把望远镜转到与三棱镜的面垂直，由分光计度盘和游标盘读出这时望远镜光轴相对于的方位角，于是望远镜光轴转过的角度为，三棱镜顶角为由于分光计在制造上的原因，主轴可能不在分度盘的圆心上，可能略偏离分度盘圆心。因此望远镜绕过的真实角度与分度盘上反映出来的角度有偏差，这种误差叫偏心差，是一种系统误差。为了消除这种系统误差，分光计分度盘上设置了相隔的两个读数窗口(、窗口)，而望远镜的方位由两个读数窗口读数的平均值来决定，而不是由一个窗口来读出，即b1Ab2oBCb3，(2－1)于是，望远镜光轴转过的角度为应该是(2－2)109\n基础性实验一、实验内容φR1R241．按图2-2把三棱镜排放在载物台上，按《光学实验基础知识》，对分光计进行调整(1)调节目镜，看清分划板上准线及小棱镜上十字。(2)在载物平台上放上三棱镜并调节望远镜及平台，使在望远镜中看到三棱镜两个光学面反射的小十字像。(3)调节望远镜物镜，使十字像清晰。(4)调整望远镜与分光计主轴垂直。2．用自准直法测量三棱镜顶角(1)锁紧分度盘制动螺钉10，转动望远镜(这时望远镜转动锁紧螺钉9松开)，使望远镜对准三棱镜的反射面，锁紧望远镜转动螺钉9。利用望远镜转动微调12，使由面反射回来的小十字像位于分划板准线的中央，记下分度盘两个窗口的读数值与。(2)松开锁紧螺钉，把望远镜转到与面垂直，再锁紧螺钉。利用微调使由面反射回来的小十字像位于分划板上准线中央，记下分度盘上两个窗口的读数、。(3)按上述两步重复测量四次，将数据填入自拟表中，由(2－1)式求出，计算出的平均值及不确定度。3．用反射法测量三棱镜顶角在图2—3中，用光源照亮平行光管，它射出的平行光束照射在棱镜的顶角尖处，而被棱镜的两个光学面和所反射，分成夹角为的两束平行反射光束、。由反射定律可知，，所以。因为，所以。于是只要用分光计测出从平行光管的狭缝射出的光线经、两个面反射后的二束平行光与之间的夹角，就可得顶角，则109\n基础性实验(2－8)(1)按实验内容1的步骤调好分光计。(2)参照图2—3转动望远镜，寻找面反射的狭缝像，使狭缝像与竖直准线重合，记下分光计、窗口的读数，继续转动望远镜，寻找面反射的狭缝像，也使狭缝像与竖直准线重合，再记下分光计、窗口的读数、。(3)重复上述测量四次，将数据填入自拟表中，由(2－7)式求出的平均值及不确定度。一、思考题1．分光计主要由哪几部分组成？各部分作用是什么？2．分光计的调整主要内容是什么？每一要求是如何实现的？3．分光计底座为什么没有水平调节装置？4．在调整分光计时，若旋转载物平台，三棱镜的AB、AC、BC三面反射回来的绿色小十字像均对准分化板水平叉丝等高的位置，这时还有必要再采用二分之一逐次逼近法来调节吗？为什么？5．望远镜对准三棱镜面时，窗口读数是293度21分30秒，写出这时窗口的可能读数和望远镜对准面时，窗口的可能读数值。6．如图2－4所示，分光计中刻度盘中心与游标盘中心不重合，则游标盘转过角时，刻度盘读出的角度，但，试证明之。109\n基础性实验实验三三棱镜折射率与色散率的测定一、实验目的：1.学习用最小偏向角法测定物质折射率的方法。2.熟练掌握分光计的调节要求与调整方法。3.测定三棱镜折射率及角色散率。二、实验仪器：分光计、汞灯、玻璃三棱镜、三、实验原理1.用最小偏向角法测定棱镜玻璃的折射率如图3—1所示，在三棱镜中，一束单色平行光a以入射角i1投射到棱镜面AC上，经棱镜两次折射后以i4角从AB面射出，成为光线b，则入射光a与出射光b的夹角δ成为偏向角。其大小为：(3－1)(3－2)因为棱镜已经给定，所以顶角A和折射率n已确定不变，所以偏向角δ是i1的函数，随入射角i1而变。转动三棱镜，改变入射光对光学面AC的入射角i1，出射光线的方向也随之改变，即偏向角δ发生变化。沿偏向角减小的方向继续缓慢转动三棱镜，使偏向角逐渐减小；当转到某个位置时，若再继续沿此方向转动，偏向角又将逐渐增大，偏向角在此位置达到最小值，称为最小偏向角，用δmin表示。用微商算法可以证明，当i1=i4(或i2=i3)时，偏向角有最小值，此时有，，根据折射定律，三棱镜的折射率为(3－2)109\n基础性实验(3－3)式中UA=U仪。实验中，利用分光计测出三棱镜的顶角A及最小偏向角δmin，即可由上式算出棱镜材料的折射率n。由此可见，当棱镜偏向角最小时，在棱镜内部的光线与棱镜底面平行，入射光线与出射光线相对于棱镜成对称分布。由于偏向角仅是入射角的函数，因此可以通过不断连续改变入射角，同时观察出射光线的方位变化。在的上述变化过程中，出射光线也随之向某一方向变化。当变到某个值时，出射光线方位变化会发生停滞，并随即反向移动。在出射光线即将反向移动的时刻就是最小偏向角所对应的方位，只要固定这时的入射角，测出所固定的入射光线角坐标θ′，再测出射光线的角坐标θ，则有δmin=│θ′-θ│(3－4)实验中，利用分光计测出三棱镜的顶角A及最小偏向角δmin，即可由上式算出棱镜材料的折射率n。2.色散：对一般的透明材料来说，折射率随波长的增大而减小。折射率随波长而变的现象称为色散。对同一材料所做出的折射率与波长的关系曲线成为色散曲线。不同材料的色散曲线是不同的，一般用平均色散nF—nC或色散本领(3－5)来表示，其中分别是材料对λC=486.1nm、λD=589.3nm、λF=656.3nm三条谱线的折射率。b1Ab2oBCb3本实验中可用汞谱线测出材料的色散曲线，从色散曲线上求色散本领。一、实验内容：1.按图3-2把三棱镜排放在载物台上，按《光学实验基础知识》，对分光计进行调整109\n基础性实验1.用全反射法或自准直法测出三棱镜的顶角。2.测量三棱镜的折射率。图3-3最小偏向角测定示意图望远镜平行光管1)按图3-3用钠灯作光源照亮狭缝，使平行光管射出光线进入三棱镜的AC面，转动平台在三棱镜的面观察望远镜中的可见光谱，跟踪黄谱线的移动方向。寻找最小偏向角的最佳位置，当轻微调节载物平台，而黄谱线恰好要反向移动时，固定载物平台。再转动望远镜，使狭缝的像(绿谱线)与中央竖直准线重合，记下这时出射光线的角坐标θA、θB。2)由平行光管射出光线进入望远镜，寻找狭缝像，使狭缝像与分化板上的中央竖直准线重合，记下这时望远镜筒所在的角坐标θ′A、θ′B3)按上述步骤重复五次，由　(3－4)式求出的平均值，把与代入(3－2)式，求出棱镜玻璃的折射率值。用(3－3)计算出折射率的不确定度，并计算出的相对不确定度。2.测量三棱镜色散曲线1)按图3-3用汞灯作光源照亮狭缝，使平行光管射出光线进入三棱镜的AC面，转动平台在三棱镜的AB面观察望远镜中的可见光谱，跟踪绿谱线的移动方向。寻找最小偏向角的最佳位置，当轻微调节载物平台，而绿谱线恰好要反向移动时，固定载物平台。再转动望远镜，使狭缝的像(绿谱线)与中央竖直准线重合，记下这时出射光线各色光的角坐标θA、θB。2)由平行光管射出光线进入望远镜，寻找狭缝像，使狭缝像与分化板上的中央竖直准线重合，记下这时望远镜筒所在的角坐标θ′A、θ′B表3-1测量三棱镜色散曲线数据记录表格颜色紫色蓝色青色绿色黄色强度强中中强强中强强强波长404.76407.78434.75435.84491.60496.03546.10576.96579.07折射光线位置θAθB入射光线位置θ′Aθ′B109\n基础性实验3)用(3－5)式求出待测材料的色散本领一、思考题：1.反射法测三棱镜顶角时，为什么要使得三棱镜顶角离平行光管远一些，而不能太靠近平行光管？2.对同一材料来说，红光和紫光中哪个波长的折射率小？哪个的偏向角小？109\n基础性实验实验四光具组基点的测定一、实验目的1．了解测节器的构造及工作原理。2．加强对光具组基点的认识。3．学习测定光具组基点和焦距的方法。二、实验仪器光具座，测节器，薄透镜(几片)，物屏，光源，准直透镜(焦距大一些)，平面反射镜，光具组，尖头棒，形辅助棒，白屏。三、实验原理1．用测节器测定光具组的基点设有一束平行光入射于由两片薄透镜组成的光具组，光具组与平行光束共轴，光线通过光具组后，会聚于白屏上的点，如图4—1所示，此点为光具组的像方焦点。若以垂直于平行光的某一方向为轴，将光具组转动一小角度，可有如下两种情况(1)回转轴恰好通过光具组的第二节点因为入射第一节点的光线必从第二节点射出，而且出射光平行于入射光。现在未动，入射角光束方向未变，所以通过光具组的光束，仍然会聚于焦平面上的点，如图4—2(a)所示。但是，这时光具组的像方焦点已离开点，严格地讲，回转后像的清晰度稍差。(2)回转轴未通过光具组的第二节点由于第二节点未在回转轴上，所以光具组转动后，出现移动，但由的出射光仍然平行于入射光，所以由出射的光线和前一情况相比将出现平移，光束的会聚点将从移到，如图4—2(b)所示。109\n基础性实验测节器是一个可绕铅直轴OO′转动的水平滑槽R，待测基点的光具组LS(由薄透镜组成的共轴系统)放置在滑槽上，位置可调，并由槽上的刻度尺指示LS的位置如图4—3所示。测量时轻轻地转动一点滑槽，观察白屏P′上的像是否移动，参照上述分析判断是否位于OO′轴上，如果未在OO′轴上，就调整在槽中位置，直至N′在OO′轴上，则从轴的位置可求出N′对LS的位置。2．用牛顿公式测量光具组基点牛顿公式(4—1)式中x为从物方焦点量起的物方焦点到物的距离，x′为从像方焦点量起的像方焦点到像的距离。物方焦距和像方焦距分别是从第一和第二主面量到物方焦点和像方焦点的距离。P′dL1L2OO′x0x1f′F′l′HH′x3x2一、实验内容1．用测节器测定光具组的基点(1)用自准直法或物距象法测量透镜和的焦距、(、为组成光具组的二薄透镜)。表格自行设计。(2)将和按组成光具组置于测节器的滑槽上。记录d=(3)按图4—3所示，将光源、物屏、准直物镜、测节器及白屏P′置于光具座上时，并调节全部光学元件共轴等高。(4)用自准直方法调节物屏位于准直物镜的物方焦面上，调好后和的位置均不要再移动。(5)照亮物屏P，移动白屏P′得到清晰的像，轻轻少许转动滑槽R，从像的移动判断N′的位置，逐渐移动光具组LS，直至其第二节点N′在转轴OO′上为止(即以O轴转动滑槽R时，观察像P′是否移动，前后移动光具组LS在滑槽R上的位置，直到像P′不动为止)记录轴OO′和焦点F′相对于L2的位置，(图4-4)，在光具座上读出x0，x1，在测节器上读出x2，x3109\n基础性实验)重复几次。把数据记在自拟表格中。(6)将光具组转180度，此时原来的节点成为，同上进行测量。(7)绘图表示光具组、主面及焦点位置，再分别用下面的焦点与主点的理论计算公式计算焦距f′和主点位置l′、l，再与上面表格中实验所测得的焦距f′和主点位置l′、l相比较，分析实验的正确度。(8)取，重复上述步骤3～4次。一、思考题1．第一主面靠近第一个透镜，第二个主面靠近第二个透镜，在什么条件下才是对的？(光具组由二薄透镜组成)。2．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点(距离d可自己设定)？二、补充材料有关基点，基面的术语有共同的主光轴，而放在一起的几个薄透镜组合称为透镜组。透镜组如何成像，我们可用作图求像法或用物像公式对透镜组中的透镜由前到后一个接一个地作图，或一个接一个地计算，直到画出(或计算出)最后一个透镜的像来。作图或计算时注意：前一个透镜的“象”作为后一个透镜的“物”。但是这样的作图或计算很麻烦。为了减少麻烦，我们自然会想到，如果能把几个共轴透镜当作一个整体来处理就好了。从单个薄透镜成象公式和作图可知：焦距，物距，象距是计算公式中的基本要素。焦点，焦平面，光心和主截面作图的基本要素。那么透镜组能否寻找到这些基本要素呢。1841年，高斯解决了这个问题。提出了三个基点和三个基面透镜组的焦点和焦平面：第二焦点平行于主光轴的光线通过透镜组而与主光轴的交点，称为透镜组的第二焦点F′。第二焦平面通过第二焦点而与主光轴垂直的平面，称为第二焦平面。第一焦点109\n基础性实验主光轴上发光点，发出的光通过透镜组折射后，成为平行光，该点称为透镜组的第一焦点。第一焦平面通过第一焦点且和主光轴垂直的平面叫第一焦平面。主点和主平面：透镜组在物空间和象空间各有一个特殊的平面，这两个平面是共轭平面，面上任一对共轭点到主光轴的距离相等，即假如将一物体垂直于主光轴放置在物空间的这个平面上，则在象空间的共轭面上成一个与物体大小相等的正立实像。这两个特殊的面叫主平面。第一主平面靠在物空间这一边的主平面称为第一主平面。第一主点主光轴与第一主平面相交的点称为第一主点。用H表示。第二主平面靠在象空间这一边的主平面称为第二主平面。第二主点主光轴与第二主平面的相交点，称为第二主点。用H′表示。节点和节平面：透镜组在光轴上有两个共轭的特殊点，它们叫做节点，节点的特性是：当入射光线通过物空间的节点时，则出射光线必然通过象空间的节点，出射的方向与入射的方向相同。且与主光轴的夹角在数值上相同。第一节点物空间的节点称为第一节点，用N表示。第一节平面通过第一节点，闰垂直于主光轴的平面称第一节平面。第二节点象空间的节点，称为第二节点，用N′表示。第二节平面通过第二节点且与主光轴垂直的平面称为第二节平面。第二焦距从像方主点(第二主点)到象方焦点的距离，称为第二焦距，焦距的符号，同薄透镜规定。但以第二主点为原点。第一焦距从物方主点(第一主点)到轴方焦点的距离称为透镜组的第一焦距。焦距的符号同薄透镜规定，但以第一主点为原点。物距物体在主光轴上的位置到第一主点的距离为透镜组的物距u，符号同薄透镜中的规定。象距第二主点到像在主光轴上的位置为透镜组的象距v，符号同薄透镜中的规则说明：1.物距，象距和焦距如上面所定义以后，薄透镜中的高斯公式：在透镜组中完全适用。2.可以证明，当透镜组的物空间，象空间都处于同一个相同媒质中(109\n基础性实验即折射率相同时)透镜组的第一焦距与第二焦距的绝对值相等。3.可以证明，当系统的物空间，象空间处于相同媒质中，透镜组的第一主点和第一节点重合，第二主点和第二节点重合。4.数个透镜组成的透镜组，由于透镜位置及凸，凹透镜组成的方式不同，物空间和象空间的媒质不同，其焦点，主点和节点的位置也就不同。有的可能位于透镜组的内部，也有可能位于透镜组的外部。设两薄透镜的像方焦距分别为f1＇和f2＇，两透镜之间距离为d，则透镜组的像方焦距f＇可由下式求出(4—2)(4—1)式中，f＇＝f，两主点位置为，(4—3)计算时注意l＇是从第二透镜光心量起，l是从第一透镜光心量起。可以证明，对于凸透镜组成的光具组，当时，有(4—4)例如：两个薄凸透镜，第二焦距分别为，若它们相距d(指透镜主截面的距离)，，合成的透镜组焦距为无限大，并且主平面也在无限远，这叫无焦系统。在光学中经常把它作扩束用。图4－5测量举例第二焦距：式中d为两块薄透镜主截面之间的距离。主点与焦点的计算。(如图4－5所示)l－－－第一主点到透镜1主截面的距离。l′－－－第二主点到透镜2主截面的距离。109\n基础性实验＝3cm=-5cm　=3.75cm注：说明中的称为光学间隔。5.对于任何复杂的透镜组，只要能够知道它的基点和基面的位置，在求像时，就不必去考虑它的具体结构，同样作图时，只要画出基点和基面，而不需要画出透镜组的实际结构。光线在透镜组中的实际行程，甚至连最前和最后透镜的界面也不需画出来。109\n基础性实验实验五平行光管的调整及使用一、实验目的1．了解平行光管的结构及工作原理，掌握平行光管的调整方法。2．加强对光具组基点的认识。3．学会用平行光管测量凸透镜和透镜组的焦距。4．会用平行光管测定鉴别率。二、实验仪器平行光管，平面反射镜，平行光管分划板，测微目镜，凸透镜，透镜组，光具座，螺丝刀。平行光管的结构平行光管是产生平行光束的装置，其外形如图5－1所示。当调试好平行光的十字分划板的中心与平行光管的主光轴共轴以后，先拆下高斯目镜光源，再拆下十字分划板，换上玻罗板、鉴别率板等，如图5－2所示的直筒式光源，但是直筒式光源中的小灯泡是从高斯光源上拆下来的。由于分划板放在平行光管物镜的焦平面上，且有灯光照射在分划板的毛玻璃上，所以，分划板上各种划痕，以及毛玻璃上所散射出来的光，通过物镜的折射以后，都成为平行光。平行光管是装、校、调整光学仪器的重要工具之一，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，与测微目镜(或显微镜系统)，可以测定透镜或透镜组的焦距、鉴别率及其它成像质量。为了保证检查或测量精度，被检透镜组的焦距最好不大于平行光管物镜焦距的二分之一(其物镜焦距我们经常说成是平行光管的焦距)。平行光管的型号很多，常见的有型、型，下面主要以为例介绍平行光管的构造，1．型平行光管主要规格109\n基础性实验(1)物镜焦距：550毫米(名义值)，使用时按出厂的实测值。(2)物镜口径：55毫米。(3)高斯目镜：焦距为44毫米，放大倍数为5.7×。2．分划板型平行光管有种分划板，如图5－3所示。(1)十字分划板：调节平行光管的物镜焦距并将十字分划板的十字心调到平行光管的主光轴上，若拿掉十字分划板换上其它分划板，此分划板的中心也在平行光管的主光轴上。(2)鉴别率板：可以用来检验透镜和透镜组的鉴别率，板上有25个图案单元，每个图案单元中平行条纹宽度不同，对2号鉴别率板，第单元到第25单元的条纹宽度由20微米递减至5微米；而对3号鉴别率板25单元，则由40微米递减至10微米。(3)星点板：星点直径为φ0.05毫米，通过被检系统后有一衍射像，根据像的形状作光学零件或组件成像质量定性检查。(4)玻罗板：它与测微目镜(或读数显微镜)组合在一起使用，用来测量透镜组的焦距。玻罗板上每两条等长线之间的间距有不同的尺寸，其名义尺寸为：1毫米、2毫米、4毫米、10毫米、20毫米，使用时应依据出厂时的实测值。一、实验原理1．用平行光管测量焦距如图5－4所示，选用测微目镜，使被测透镜焦平面上所成玻罗板的像也在测微目镜的焦平面上，便可测量。因为所以109\n基础性实验(5－1)式中为被测透镜焦距，为平行光管焦距实测值，为玻罗板上所选用线距实测值()，为测微目镜上玻罗板低频线的距离(，即测量值)。2．用平行光管测定凸透镜、透镜组的鉴别率光学系统的鉴别率是该系统成像质量的综合性指标，按照几何光学的观点，任何靠近的两个微小物点，经光学系统后成像在像平面上，仍然是两个“点”像。事实上，这是不可能的。即使光学系统无像差，通过光学系统后，波面不受破坏，而根据光的衍射理论，一个物点的像不再是“点”，而是一个衍射花样。光学系统能够把这种靠得很近的两个衍射花样分辨出来的能力，称为光学系统的鉴别率。根据衍射理论和瑞利准则，仪器的最小分辨角为(5－2)式中的单位为弧度，为入射光瞳直径，为光波波长。当平行光管物镜焦平面上的鉴别率板产生的平行光(将平行光管的分划板换成鉴别率板)射入被测透镜时，在被测透镜的焦平面附近，用测微目镜可观察到鉴别率板的像。如果被检透镜质量高，在视场里观察到能分辨的单元号码越高。仔细找出尽可能高的分辨单元号码，由下式测定鉴别率角值(5－3)式中为角值，为条纹宽度，为平行光管焦距。一、实验内容认真预习透镜组基点、基面的有关内容。1．用平行光管测量焦距(1)调整分划板座的中心使其位于平行光管的主光轴上，且使分划板严格位于物镜的焦平面上。平行光管使用时，因测试的需要，常常要换上不同的分划板，为了保证出射光线严格平行，每次调换后都必须使分划板严格处于物镜的焦平面上。1)将十字分划板图5-3(a)装在平行光管的分划板座上，然后再装上高斯目镜。2)调节高斯目镜(即拉伸目镜)，眼睛对着目镜观看时，能清楚地看到十字叉丝。109\n基础性实验3)调节放在平行光管前的平面镜(平面镜上有调节水平螺丝和垂直螺丝)，使平行光管射出的光线重新返回平行光管。这时能通过高斯目镜看到分划板上有一个反射回来的像。前后调节物镜(旋转物镜)，直到目镜里清楚地观察到十字叉丝的像。表明分划板已经调整在物镜的焦平面上了。(2)调整十字分划板中心在平行光管主光轴上。1)将平面镜暂时用纸遮住，在目镜上看到十字分划板，粗调分划板的上、下和左、右螺丝，使分划板的十字心在平行光管的管心。2)拿走平面镜上的纸片，在目镜上又看到十字叉丝像，调节平面镜的俯仰角，观察叉丝的像与十字叉丝重合。3)松开平行光管的两只“十字旋手”，将平行光管以轴心为准线旋转，观察叉丝与其像的横线是否重合。如果不重合，调节分划板座的上、下螺丝，使叉丝的横线与像的横线接近一半，再调平面镜的角度使横线重合。如此重复旋转，直至横线在任何角度下都重合。4)调节分划板座的左、右螺丝，使十字叉丝垂直线与其像的垂直线重合。直至转动平行光管时，十字叉丝物像始终重合。这表示分划板座的中心与平行光管的主光轴已经重合。(3)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图5-3(e)，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(图5-5)。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。109\n基础性实验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毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值f′和玻罗板两刻线的实测值y′(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。6)将凸透镜拿下来，换上被测量的透镜组，重复上述步骤五次，测出透镜组的焦距，求其平均值。表5－1测定凸透镜、凸透镜组所用的2号、2号鉴别率板鉴别率板号2号3号鉴别率板单元号单元中每一组的条纹数条纹宽度(微米)当平行光管f=550鉴别率角值(秒)条纹宽度(微米)当平行光管f=550时鉴别率角(秒)1420.015.00〃40.030.00〃2418.914.18〃37.828.35〃3417.813.35〃35.626.70〃4516.812.60〃33.625.20〃5515.911.93〃31.723.78〃6515.011.25〃30.022.50〃7614.110.58〃28.321.23〃8613.39.98〃26.720.03〃9612.69.45〃25.218.90〃10711.98.93〃23.817.85〃11711.28.40〃22.516.88〃12810.67.95〃21.215.90〃13810.07.50〃20.015.00〃1499.47.05〃18.914.18〃1598.96.68〃17.813.35〃16108.46.30〃16.812.60〃17117.95.93〃15.911.93〃18117.55.63〃15.011.25〃19127.15.33〃14.110.58〃20136.75.03〃13.39.98〃21146.34.73〃12.69.45〃22145.94.43〃11.98.93〃23155.64.20〃11.28.40〃24165.33.98〃10.067.95〃25175.03.75〃10.07.50〃2．用平行光管测凸透镜和透镜组的鉴别率109\n基础性实验(1)取下玻罗板，换上3号鉴别板图5-3(c)，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图5-5。(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5－1中查出条纹宽度值及鉴别率角值，也可将、f′(平行光管焦距，出厂的实测值)代入(5－3)式，求出鉴别率角值θ。(5)取下透镜，换上透镜组，重复上述步骤，读出鉴别率板上能分辨的号码，并填入自拟表中。一、思考题1．叙述平行光管的结构。在平行光管中用高斯目镜的作用是什么？2．平行光管产生平行光的原理是什么？是否能产生单一方向的平行光？3．利用平行光管测量透镜和透镜组焦距的原理是什么？4．什么叫光学系统的鉴别率？如何用平行光管测量透镜和透镜组的鉴别率？5．在实验报告中画出本实验所需要的数据记录表格。109\n基础性实验实验六用掠射法测定透明介质的折射率一、实验目的1．掌握用掠射法测定液体的折射率。2．了解阿贝折射仪的工作原理，熟悉其使用方法。二、实验仪器入射光半荫视场分光计，阿贝折射仪，直角三棱镜两块，钠灯，水、酒精等待测液体。三、实验原理1．用掠入射法测定液体折射率将折射率为n的待测物质，放在已知折射率为n1(n＜n1)的直角棱镜的折射面AB上，若以单色的扩展光源照射分界面AB，则入射角为π/2的光线Ⅰ将掠射到AB界面而折射进入三棱镜内，其折射角ic应为临界角。从图6—1可以看出应满足关系当光线Ⅰ射到AC面，再经折射而进入空气时，设在AC面上的入射角为，折射角为，则有(6－1)除入射光线Ⅰ外，其他光线如光线Ⅱ在AB面上的入射角均小于π/2，因此，经三棱镜折射最后进入空气时，都在光线Ⅰ＇的左侧。当用望远镜对准出射光方向观察时，在视场中将看到以光线Ⅰ＇为分界线的明暗半荫视场，如图6—1所示。当三棱镜的棱镜角A大于角ic时，由图6—2可以看出，A、ic和角φ有如下关系(6－2)将(6－1)和(6－2)式消去ic和φ。若棱镜角A等于90度，可得109\n基础性实验(6－3)若棱镜角A不等于90度，可得(6－4)因此，当直角棱镜的折射率n1为已知时，测出角后便可计算出待物质的折射率n。上述测定折射率的方法称为掠入射法，是应用全反射原理。2．用阿贝折射计测定透明介质的折射率阿贝折射仪是测量固体和液体折射率的常用仪器，同时，还可测量出不同温度时的折射率。测量范围为1.3～1.7，可以直接读出折射率的值，操作简便，测量比较准确，精度为0.0003。测量液体时所需样品很少，测量固体时对样品的加工要求不高。阿贝折射仪也是根据全反射原理设计的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。阿贝折射仪中的折射棱镜ABC和照明棱镜A＇B＇C＇都是直角棱镜，由重火石玻璃制成。照明棱镜的A＇B＇面经过磨砂，使透射式测量作漫射光源用。折射棱镜的BC面也经过磨砂，供反射式测量作漫反射光源用。透射式测量光路如图6—3()所示。将折射率为的待测物质放在折射率为n1的直角棱镜的斜面上，其棱角为A，并用光源S照明。如果介质的折射率n＜n1，这时与图6—1相同，经棱镜ABC两次折射后，由AC面射出的光束，在望远镜视场中将观察到半荫视场，明暗分界线就对应于掠面入射光束，测出AC面上相应的临界出射角，即可应用(6－4)式计算出n。应用阿贝折射仪测定固体折射率时不用照明棱镜。对于加工有两个抛光面的固体样品，则光路可采用如图6—3(109\n基础性实验)所示的透射式测量，对于加工只有一个抛光面的固体样品。则可采用图6—3()所示的反射式测量。用光源S(一般为自然光)照亮折射棱镜上的磨砂面BC，使之成为一个扩展的平面光源，从面上各点发出的光线、Ⅱ射到AB面上的E点时，入射角均不相同。其中入射角大于临界角iC的，都发生在全反射后再由AC面射出，同样，在望远镜对准Ⅰ＇观察时，亦可看到半荫视场，只是明暗分布恰与透射光的视场分布相反，其临界出射角为最大，而且视场中明暗的对比也不如透射光明显，这是由于照射在AB面上那些小于临界角的光线，也会在AB面上产生部分的反射。测出AC面上的临界出射角，由(6－4)式，计算待测固体的折射率。测定时，将待测样品的抛光面与折射棱镜AB面紧密的叠合在一起，中间添加一层接触液，形成均匀的液膜，其折射率应大于样品的折射率(例如溴代萘，nD=1.66)，当折射率大于1.66时。可用二碘甲烷(nD=1.74)进行测量，可以证明接触液的加入，并不影响计算公式的适用性。阿贝折射仪的光学系统由两部分组成：望远系统与读数系统如图6—4所示。望远系统：光线经反射镜1反射进入照明棱镜2及折射棱镜3，待测液体放置在棱镜2与3之间，经阿米西消色差棱镜组4抵消由于折射棱镜待测物质所产生的色散，通过物镜5将明暗分界线成像于分划板6上，再经目镜7和8放大成像后为观察者所观察。109\n基础性实验阿米西消色差棱镜组由两个完全相同的直视棱镜组成，每一个直视棱镜又由三个分光棱镜复合而成。棱镜和Ⅲ的介质相同，与棱镜Ⅱ互为倒置，并使钠黄光(D线)能无偏向地通过，但对波长较长的红光(C线)、波长较短的紫光(F线)，因复合棱镜的色散，将产生相应的偏折，其主截面如图6—5所示。消色差棱镜组通过一个公用的旋钮调节，使之绕望远镜的光轴沿相反方向同时转动，转动的角度可从读数盘上读出。在平行于阿贝折射棱镜的主截面内，产生一个随转动角度改变的色散，色散的方向和数值的大小均可变化，以抵消由于折射棱镜和待测样品产生的色散，使半荫视场清晰、界线分明。从消色差棱镜组转动的角度，对照仪器的附表，便可查得样品的平均色散nF－nC。读数系统：光线由小反光镜14经毛玻璃13照明刻度盘12，经转向棱镜11及物镜10将刻度成像于分划板9上，再经目镜7＇、8＇放大成像后为观察者所观察。WYA型阿贝折射仪的外形如图6—6所示，图中13为阿贝棱镜组，下面的棱镜为辅助照明棱镜，上面的棱镜为折射棱镜，它们整个连结在一个可以旋转的臂上。当旋转手轮2时棱镜组同时转动，可使明暗分界线位于视场中央，并与测量叉丝的交点对准。视场里的分度标尺上有两行刻度，一行可以直读折射率的数值，另一行刻有百分浓度，作为测定糖溶液浓度的专用标尺。一、实验内容望远镜平行光管入射光半荫视场1．用掠入法测定液体折射率(1)调节好分光计，用自准直法将望远镜对无穷远调焦，并使其光轴垂直于仪器的转轴；调节棱镜的主截面也和仪器的转轴垂直。109\n基础性实验(2)按图6—7所示，将待测液体5滴一、二滴在直角棱镜1的AB面上，用90度角作为棱镜顶角A，并用另一辅助棱镜2(A＇B＇C＇)的一个表面A＇B＇与AB面相合，使液体在两棱镜接触面间形成一均匀液层，然后置于分光计载物台上，注意棱镜的放置方法。(3)点亮钠灯3照亮毛玻璃屏4，将它放在折射棱B的附近，先用眼睛在出射光的方向观察半荫视场6。旋转载物台，改变光源和棱镜的相对方位，使半荫视场的分界线位于载物台近中心处，将载物台固定。转动望远镜，使望远镜叉丝对准分界线，记下两游标读数(θA、θB)，重复测量几次，分别取平均值。(4)再次转动望远镜，利用自准直的调节方法，测出AC面的法线方向两游标读数(θ′A、θ′B)。由(6—1)式求出望远镜转过的角度，重复测量几次，取其平均值。(5)将值代入(6－3)式，求出n。如果棱镜角A不等于90度，则将值代入(6－4)式计算出。(6)依同样方法，重复以上步骤，测定另一种液体的折射率。2．用阿贝折射仪测定透明介质的折射率(1)转动棱镜锁紧手柄12，打开棱镜，用脱脂棉沾一些无水酒精将棱镜面轻轻擦干净。在照明棱镜的磨砂面上滴上一二滴待测液体，旋紧棱镜锁紧手柄，使液膜均匀，无气泡，并充满视场。(2)调节两反光镜4及18，使两镜筒视场明亮。(3)旋转手轮2使棱镜组13转动，在望远镜中观察明暗分界线上下移动，同时旋转阿米西棱镜手轮10，使视场中除黑白二色外无其它颜色，当视场中无色且分界线在十字线叉丝中心时，观察读数显微镜视场右边所指示的刻度值，即为待测液体的折射率n的数值。如图6－8所示，n=1.330(4)依同样的方法，重复上述步骤3～5次，并分析产生误差的原因。一、注意事项1．用掠入法测定液体折射率(1)注意观察看到的现象是否准确。(2)辅助棱镜A＇B＇C＇的作用是让较多的光线能投射出到液层和折射棱镜的面109\n基础性实验AB上，使观察到的分界线更为清楚。两棱镜之间的液层一定要均匀，不能有气泡。滴入液体不宜过多，避免大量液体渗漏在仪器上。(3)改换另一种被测液体时，必须将棱镜擦拭干净。2．用阿贝折射仪测定液体折射率(1)测量工作开始前，注意做好棱镜的清洁工作，以免在工作面上残留其它物质而影响测量精度。(2)必须对阿贝折射仪进行读数校正。通常，最简便的方法是用蒸馏水来校正，因蒸馏水在一定温度(20摄氏度)和一定光源(钠光589.3纳米)照射下，它的折射率为已知值，n水=1.3330。为此，只要滴几滴蒸馏水到进光棱镜上，调节并读取其折射率数值，如不相符，可微动仪器上的校正螺旋，使之完全相同。这样，折射仪的读数就得到校正。如使用仪器上的标准玻璃块(nD=1.5172)进行校正，则应根据测定固体折射率的方法，在标准玻璃块与折射率棱镜之间滴入高折射率的接触液，按上述方法进行校正。(3)任何物质的折射率都与测量时使用的光波波长和温度有关，本仪器在消除色散的情况下测得的折射率，其对应光波的波长λ=589.3纳米；如需要测量不同温度时的折射率，可将阿贝折射仪与恒温、测温装置连用，待棱镜组和待测物质达到所需温度后，方能进行测量。一般均在室温下进行。注意：记录数据时应注意测量过程中0°线是否通过游标盘，如果0°线通过游标盘，计算前应在0°线通过游标盘的那个小数值上加上360°再代入公式中计算。一、思考题1．怎样应用掠入射法测定玻璃的折射率？简要说明实验方法并推导出折射率的计算公式。2．用阿贝折射仪测量固体折射率时，为什么要滴入高折射率的接触器液？为什么它对测量结果没有影响？109\n基础性实验实验七单色仪的定标一、实验目的1．了解棱镜单色仪的分光原理及仪器结构和使用方法。2．学会用汞光谱对单色仪的读数系统进行定标。3．会做定标曲线。二、实验仪器单色仪，测微目镜(或读数显微镜)，汞灯，短焦距凸透镜及支架。三、实验原理1．单色仪的分光原理单色仪是用棱镜作为色散元件的光谱仪器，它通常由三部分组成，如图7－1所示。(1)准光镜系统：由准直光物镜L1和放在L1焦平面上的狭缝S组成。这个系统能够将来自光源S的复色光变成平行光。(2)色散系统：由棱镜P将来自于准光镜系统的平行光均匀而广泛地照射在棱镜P的折射面A上，经棱镜的A、B两个折射面的折射，分解成沿不同方向传播的单色光。(3)成谱系统：由物镜L2和在其焦平面上的像屏(或谱面)组成。物镜L2将沿不同方向的平行光会聚于焦平面上，从而获得一幅彩色光谱线图。其中每一根谱线实质上是狭缝的一个像。(注意：凸透镜的焦距与入射光的波长有关，所以光谱像并不是呈现在垂直于透镜主光轴的焦平面上，而是略有倾斜的平面)。成谱系统采用的形式不同，光谱仪的名称也各不相同。成谱系统若用的是望远镜(观察光谱用)则叫做“棱镜分光计”；若用照相物镜和感光板进行摄谱，叫做“棱镜摄谱仪”；若在成谱物镜L2的焦平面上放置一条狭缝(用以分离各条谱线)叫做“单色仪”，因为从该狭缝中射出的是单色光。2．单色仪(WDF型)的设计思路和实际光路图109\n基础性实验为了使谱线像差小、成像清晰、集光本领强、体积小等技术指标更趋完善和使用方便，人们在实际制造单色仪时，对某些具体结构作了重要改进。(1)将准光镜系统中的凸透镜L1和成谱物镜L2，改用两块凹柱面反射镜M1、M2来代替。因为，薄凸透镜两面的曲`率半径均为r，其焦距为(7―1)式中，为透镜材料的折射率，它随着光波的波长不同而不同，波长越长，折射率就越小，焦距f就越大，反之亦然。所以由三棱镜分解出来各种不同波长的光波通过凸透镜折射后所成的像不是在此透镜的单一焦平面上，而是在与主光轴有倾斜的准焦平面上。凹面反射镜的焦距为(7―2)式中，为凹面镜的曲率半径，与入射的波长无关。从(7―1)和(7―2)式可以看出，用凹面反射镜代替凸透镜，使狭缝S射进来的复色光变成平行光的平行性最好，且凹面镜对各种不同波长的平行光聚于焦平面上的像，不会有前后之分。(2)复色光中以“最小偏向角”经过棱镜色散的单色光才能通过狭缝S2。“偏向角”是指某一单色光入射棱镜的方向与射出棱镜方向之间的夹角。当入射方向为某一特定方向，则“偏向角”有一最小值，称为“最小偏向角”。最小偏向角及图示在实验三中已讨论过，请参考。当棱镜P绕其主截面底边的中心轴转动时，复色光中只有以最小偏向角通过棱镜的单色光才能通过出射狭缝S2。最小偏向角的改变与棱镜绕中心轴转动的角度一一对应，角度改变的情况与装在棱镜转轴下的刻度鼓轮相联接(鼓轮借用了螺旋测微计原理制成)。这便是本实验用鼓轮刻度为各种不同波长定标的依据。(3)单色仪(WDF型)的实际光路图如图7—2所示。S1为入射狭缝，被放在柱面凹面镜M1的焦平面上，由S1进入的复色光经M1反射后成为平行光，平行光射到平面镜M2上改变了方向，以适当的角度，投射到棱镜P的一个折射面上，其中有一组以最小偏向角的单色平行光(波长为)通过棱镜投射到柱面凹面镜M3上，并由其聚焦到出射夹缝处S2，就得到了一束波长为的单色光。109\n基础性实验3．单色仪的结构与外形单色仪的全部元件安装在一个钢制的圆筒内或其侧面上。上面用钢盖盖好，以免空气中的水蒸气侵入和灰尘落入。其中入射狭缝S1和出射狭缝S2装在钢筒的外侧，狭缝的宽度由它上面的螺旋调节，螺旋顺时针旋转时狭缝变宽，逆时针旋转时狭缝变窄。狭缝刀口已经闭合时，若再用力旋转，刀口受过大的压力会损坏，调节狭缝时，务必注意。平面镜M2的表面与棱镜P的底面平行，且都装在同一个基座上。此基座以棱镜底边的中心O为转轴，转轴与钢筒底座下的读数鼓轮相联接。因读数鼓轮在钢筒底座下，读数不方便，所以在鼓轮旁装一凹面镜M3，读数鼓轮在凹面镜上映出清晰的像，就可通过该凹面镜看到鼓轮上的读数。柱凹面镜装在钢筒的内壁，且和平面镜表面都蒸镀金属膜，反射系数极高。4．单色仪的定标原理单色仪出厂时，一般都附有曲线的数据或图表供参阅，但经过长期的使用或重新装调后，其数据会发生改变，就需要重新定标，对原数据进行修正。单色仪的定标曲线是借助于波长已知的线光谱光源来完成。为了获得较多的点，必须有一组光源，常用汞灯、氢灯、纳灯、氖灯以及弧光灯。本实验用汞灯的已知光谱(可见光区域为400～760纳米)，对单色仪的读数鼓轮进行定标，具体方法是：当单色仪鼓轮转动时，带动三棱镜转动，对应于单色仪出射狭缝S2上有不同波长的谱线出现。如果光谱线的波长是已知的，分别为λ1，λ2，…，λn，对应于鼓轮上的读数分别为L1，L2，…，Ln，定标完成。定了标的单色仪对于未知波长的光谱，可由鼓轮上的读数值，在定标曲线上查出单色光波的波长。一、实验内容1．入射光源的调节将汞灯、凸透镜、WDF单色仪，按如图7－3所示的顺序排列，使单色仪的狭缝S1对准凸透镜和汞灯所发出的光线。适当调节透镜和汞灯的位置，使汞灯发出的光成像在入射狭缝S1上。2．观测装置的调整在出射狭缝S2前放一个109\n基础性实验测微目镜或读数显微镜，调节测微目镜，直至看清叉丝。然后调节其物镜，看清出射狭缝S2和狭缝中的光谱线。若谱线较粗，可调节入射狭缝S1上端的调节螺旋，使狭缝宽度减小，边调边看，直到谱线清晰而又亮度足够。实验中必须要调节到能分清汞灯光谱中的双黄线。3．辨认汞灯谱线汞灯光源在可见光波段有几十条谱线，最易观察到的约有23条。对初次接触单色仪的读者，可能会感到对其所分解出的光谱有如下一些困难：(1)某些谱线看起来若隐若现。这时，只有定下心来，耐心观察，才能看清楚。如汞灯的红谱线有三条，其中一条波长为725.00纳米的暗谱线，看起来非常朦胧。(2)对于颜色的界定不明确，特别是从一种颜色向另一种颜色过渡的过渡色很难分辨。如橙色与红色，初次接触难于分清，只能边看边学，边认识。(3)观察光谱与个人眼睛的好坏有很大关系，好的眼力，可多看出一些谱线，眼力差一些，就只能少看出一些谱线。4．测量为了准确测量，我们可以转动鼓轮，将汞灯光谱从红到紫来回多看几遍，并且将鼓轮的读数范围确定下来。在基本辨认和熟悉全部23条谱线颜色特征以后，调节器观测装置，把测微目镜的叉丝对准出射缝中央，向一个方向缓慢转动鼓轮，从红到紫，读出每一条谱线所对应的鼓轮读数，重复读两次，并将数据填入下面的表7—1中。5．数据处理将上面的测量数据在方格坐标纸上作曲线，以以为纵轴，为横轴，将表格中各点的数据描入直角坐标中，然后将各点用光滑的曲线联接起来，该曲线称定标曲线。只要在单色仪上测出某谱线所对应的鼓轮读数，就可以在此曲线上查出波长。表7－1汞灯可见光谱线对应鼓轮读数记录表颜色橙黄绿特征亮较亮较亮较暗较亮亮亮较暗亮暗波长nm623.44612.33607.26589.02585.94579.07576.96576.59546.07535.40鼓轮读数(mm)12颜色青蓝紫特征较暗较暗较亮亮亮较亮较亮暗较亮亮波长nm510.00503.00496.03491.60435.84434.75433.92410.84407.78404.66109\n基础性实验鼓轮读数(mm)12一、思考题1．三棱镜的分光原理是什么？单色仪为什么要用平行光通过三棱镜？它是如何实现的？2．什么叫三棱镜色散的最小偏向角？单色光实现最小偏向角的条件是什么？3．本实验中的单色仪是什么样的结构？这样的结构有何优点？4．本实验中如何对单色仪的读数装置进行定标？109\n基础性实验实验八用双棱镜干涉测钠光波长一、实验目的1．掌握菲涅耳双棱镜获得双光束干涉的方法。2．观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件。3．学会用双棱镜测定光波波长。二、实验仪器双棱镜，可调狭缝，辅助透镜，测物目镜，光具座，白屏，单色光源三、实验原理如图8－1所示，将一块平玻璃板的上表面加工成两楔形，两端与棱脊垂直，楔角较小(一般小于1度)。当单色光源照射在双棱镜表面时，经其折射后形成两束好像由两个光源发出的光，即两列光波的频率相同，传播方向几乎相同，相位差不随时间变化，那么，在两列光波相交的区域内，光强的分布是不均匀的，满足光的相干条件，称这种棱镜为双棱镜。菲涅尔利用图8－2所示的装置，获得了双光束的干涉现象。图中双棱镜是一个分割波前的分束器。从单色光源发出的光波，经透镜会聚于狭缝，使成为具有较大亮度的线状光源。当狭缝发出的光波投射到双棱镜上时，经折射后，其波前便被分割成两部分，形成沿不同方向传播的两束相干柱波。通过双棱镜观察这两束光，就好像它们是由和发出的一样，故在其相互交叠区域内产生干涉。如果狭缝的宽度较小，双棱镜的棱脊与光源平行，就能在白屏P上观察到平行与狭缝的等间距干涉条纹。设代表两虚光源和间的距离，D为虚光源所在的平面(近似在光源狭缝的平面内)至观察屏的距离，且，干涉条纹宽度为，则实验所用光波波长可由下式确定(8—1)109\n基础性实验(8—1)式表明，只要测出、和δx，便可计算出光波波长。通过使用简单的米尺和测微目镜，进行毫米级的长度测量，推算出微米级的光波波长，所以，这是一种光波波长的绝对测量。由于干涉条纹宽度δx很小，必须使用测微目镜进行测量。两虚光源间的距离，可用已知焦距为的会聚透镜置于双棱镜与测微目镜之间，由透镜的两次成像法求得，如图8－3所示。只要使测微目镜到狭缝的距离＞，前后移动透镜，就可以在的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源和经透镜所的实像和，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像，如果分别测得二放大像间距和二缩小像间距，则有(8—2)由(8—2)式可求得两虚光源之间的距离。一、实验内容1．调节共轴(1)将单色光源，狭缝S，双棱镜AB，会聚透镜L与白屏按图8-3依次放置在光具座上用目视法粗略地调整他们中心等高，并使它们平行于光具座的同一直线上。(2)把双棱镜和狭缝的距离调到10cm-13cm左右，然后用一张白纸盖在双棱镜AB前面，调节光源、狭缝与双棱镜之间的位置，使得狭缝出来的光刚好照在双棱镜中间的棱上；移动白屏，使得白屏与狭缝的距离大于四倍透镜的焦距约70cm左右(f=16.5cm)，移动透镜，在白屏找到两个虚光源所成的清晰实像，调节光源或双棱镜的左右上下位置，让左右两个虚光源的实像粗细相等且光强均匀；再按两次成像法把会聚透镜L和狭缝S调到共轴等高。2．调节干涉条纹(1)按图8-2将会聚透镜L移到单色光源与狭缝之间，狭缝S和双棱镜AB的位置不变，调节会聚透镜L与狭缝S的距离刚好等于会聚透镜的焦距(f=16.5cm)，使双棱镜底面与光束垂直，用一张白纸盖在双棱镜前面观察，调节光源左右上下位置，使狭缝射出的光束刚好对称地照射在双棱镜109\n基础性实验中间钝角梭的两则。把白屏换成测微目镜，用一张白纸盖测微目镜前面观察，调节测微目镜P左右上下位置，使光束的叠加区刚好照在测微目镜镜筒中间，把狭缝调小(小到只有一点光出来，狭缝越小干涉越明显)，在测微目镜观察到光线。(2)再缓慢旋转狭缝的转动螺丝，把狭缝调到与双棱镜的棱脊严格平行后，将会在目镜中出现清晰的干涉条纹。这时棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行。(3)看到清晰的干涉条纹后，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当，同时在不影响条纹清晰度的情况下，适当地增加缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度。但双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，间距也会减小，对测量不利。3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹的宽度δx。为了提高测量精度，测量时要测量可先测出条(10～20条)干涉条纹的间距，测量时先使目镜叉丝对准左边一条亮纹的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过4个条纹，读出此时的读数，再继续向原方向旋转测微螺旋，使叉丝向原方向移过条(10～20条)干涉亮纹，再读出此时的读数，两读数之差就是条(10～20条)干涉条纹的间距Δx，重复测量5次，求出δx；记录表格自己设计。(2)读出狭缝和测微目镜的光具凳标尺中心所在的位置刻度，算出两读数之差，再加上狭缝离光具凳中心的距离(约3.2cm)和测微目镜离光具凳中心的距离(约3.4cm)实验结束用游标卡尺测出准确数据，就可得出狭缝到测微目镜的距离D。(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d′，保持狭缝与双棱镜原来的位置不变，把透镜放到双棱镜与测微目镜之间，把测微目镜移到离狭缝的距离大于四倍透镜的焦距(约70cm)的位置，用一张白纸盖测微目镜前面观察，调节测微目镜P左右上下位置，使光束刚好照在测微目镜镜筒中间，前后移动透镜，在测微目镜中看到两个虚光源所成的二放大的实像和二缩小的实像，分别测出二放大像的间距d1和二缩小像的间距d2；分别重复测量5次求平均值，用公式求出；记录表格自己设计。(4)用所得的、、值用公式，求出光源的光波波长。，(5)用最小二乘法拟和来计算波长测量值的标准不确定度。一、注意事项109\n基础性实验1．使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度；要注意防止回程误差；由于存在螺距差，而且每次测量都是要读取几个数据，因此在测量时应沿同一方向旋转读数鼓轮读数，不要中途反向；旋转读数鼓轮时，动作要平稳，缓慢，如已到达一端，则不能继续旋转，否则会损坏螺旋。2．在测量光源狭缝至观察屏的距离时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线共面，必须引入相应的修正量，否则将引进较大系统误差。3．测量、时，由于透镜像差的影响，实像和的位置确定不准，将给、的测量引入较大误差，可在透镜上加一直径约1厘米的圆孔光阑(用墨纸)，增加、测量的精确度(可对比一下加或不加光阑的测量结果)。一、思考题1．双棱镜是怎样实现双光束干涉的？干涉条纹是怎样分布的？干涉条纹的宽度、数目由哪些因素决定？2．在实验时，双棱镜和光源之间为什么要放一个狭缝？为什么狭缝很窄时，才可以得到清晰的干涉条纹？3．试证明公式。109\n基础性实验实验九光的等厚干涉现象研究一、实验目的LPHFH图9-1牛顿环装置1、掌握用牛顿环测定曲率半径的方法；2、通过实验加深对等厚干涉原理的理解；3、熟悉读数显微镜的使用方法。二、实验仪器牛顿环仪、钠光灯、读数显微镜(附45°反光玻璃片)R入射光CR-ddO图9-2牛顿环原理牛顿环仪是由待测平凸透镜(凸面曲率半径约为200~700cm)L和磨光的平玻璃P叠合装在金属框架F中构成(图9-1).框架边上有三个螺旋H，用以调节L和P之间的接触，以改变干涉环纹的形状和位置，调节H时，螺旋不可旋得过紧，经免接触压力过大引起透镜弹形变，甚至损坏透镜。三、实验原理当一块曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一块磨光平玻璃板相接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间将形成一个空气薄膜，离接触点等距离的地方，厚度相同，如图9-2所示，若以波长为λ的单色平行光投射到这种装置上，则由空气膜上下表面反射的光波将互相干涉，形成的干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹，这种干涉是一种等厚干涉，在反射方向观察时，将看到一组以接触点为中心的亮暗相间的圆环形干涉条纹(如图9-3)，这种干涉现象最早为牛顿所发现，故称为牛顿环。设透镜的曲率半径为R，形成的m级干涉条纹的半径为rm，m级干涉亮条纹的半径为r′m，不难证明，的干涉环纹与反射(9-1)109\n基础性实验(9-2)以上两式表明，当λ已知时，只要测出第m级暗环(或亮环)的半径，即可算出透镜的曲率半径R；相反，当R已知时，即可算出λ。但由于两接触镜面之间难免附着尘埃，并且在接触时难免发生弹性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆斑，所以近圆心处环纹比较模糊和粗阔，以致难以确切判定环纹的干涉级数m，即干涉环纹的级数和序数不一定一致，这样，如果只测量一个环纹的半径，、计算结果可能有较大误差，为了减少误差，提高测量精度，必须测量距中心较远的比较清晰的两个环纹的半径，例如测量出第n1个和第n2个暗环的半径(这里n1、n2均为环序数，不一定是干涉级数)，因而(9-1)式应修正为：rn2=(n+j)Rλ=nRλ+jRλ(9-3)式中n为环序数，(n+j)为干涉级数(j为干涉级数修正值)，于是r2n2-r2n1=[(n2+j)-(n1+j)]Rλ=(n2-n1)Rλ上式表明，任意两环的半径平方差和干涉级以及环序数无关，而只与两个环的序数之差(n2-n1)有关，因此，只要精确测定两个环的半径，由两个半径的平方差就可准确地算出透镜的曲率半径R，即r2m2-r2m1r2m2r2m1m2-m1m2m1Ojmr2m图9-4牛顿环rn2-n的关系曲线(9-4)从上面(9-3)式还可以看出，rn2和n成直线关系如图9-4所示，，如令y=rn2，x=n，b=Rλ，a=jRλ，则得到y=bx+a的直线方程，其斜率为b=Rλ，因此可以测出一组暗环的半径rn和它们的环序数n，然后用作图得出rn2-n的关系曲线，从直线斜率b=，也可以算出透镜的曲率半径R。透镜曲率半径不确定度：以上各式中：R—待测透镜的曲率半径(即牛顿环内环面玻璃片的曲率半径)λ—入射光波的波长，本实验采用钠灯，λ=589.3×10-9mDn22-Dn12—环序为n2及n1的两个干涉暗纹直径的平方差109\n基础性实验n2-n1——环序为n2及n1的序数差SMGLP图9-5牛顿环测量装置一、实验内容1、在自然光下用眼睛直接观察牛顿环是否在透镜的中心，若不在中心，可轻轻调节牛顿环装置上三个螺丝(注意不要拧紧螺旋)，使环纹中央的暗纹处于中心，环成圆形。2、按图9-5安装好仪器，使钠光灯S与玻璃片G同高，把已调好的“牛顿环”置于玻璃G的下面，并调节读数显微镜M对准“牛顿环”的中心，点亮钠光灯，调整G的方位使用显微镜中视场较亮，然后调节读数显微镜M的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清晰，再调节读数显微镜M的调焦螺旋，在视场中观察到清晰的牛顿环，并调到叉丝交点与中央暗纹中心重合。3、先移动显微镜使视场的叉丝与牛顿的左边相切，读出读数x1，再将显微镜筒沿水平方向向右移到下一个暗环再次相切，所读数为x2，依次右移，记下数据x3，x4，…，把清晰的暗环测量到xn，叉丝继续右移，经过中心，使叉丝相切对应暗环的右半圆，记下数据，xn′…x4′，x3′，x2′，x1′，则暗环的直径：D1=｜x1-x1′｜D2=｜x2-x2′｜Dn=｜xn-xn′｜注意：本实验成功的关键在于避免回程误差，具体操作方法为：…………23′22′21′…19′18′17′…3′2′1′0　123…171819…212223图9－5牛顿环测量读数方法从中央暗环第一环开始向左边，只数环序不读数一直数到23环，然后从左边第23环开始往右倒转数到第19环当叉丝与第19环暗环外径相切时开始读数，一直读到第10环后就不再读数只数环序数到中央暗环后继续往右数环序，数到第10′环后当叉丝与第10′环暗环内径相切时当又开始读数，一直往右读到19′环后不读数继续往右数到23′环后开始往左倒转数到19′再开始读数，如此反复测量则可避免使用读数显微镜的回程误差。(注意，如果右边与暗环的外径相切，则左边就要与其相同环序的内径相切，这样求出两读数之差就是该环的直径)表9-1实验数据记录处理表格109\n基础性实验级数标尺读数第K级的直径(mm)D=(左-右)相隔5级的直径平方差(mm)2绝对偏差(mm)2左(mm)右(mm)101112131415相隔5级直径平方差的平均值直径平方差的绝对误差的平均值16171819一、思考题1．牛顿环干涉条纹一定会成为圆环形状吗？其形成的干涉条纹定域在何处？2．从牛顿环仪透射出到环底的光能形成干涉条纹吗？如果能形成干涉环，则与反射光形成的条纹有何不同？3．实验中为什么要测牛顿环直径，而不测其半径？4．实验中为什么要测量多组数据且采用多项逐差法处理数据？5．实验中如果用凹透镜代替凸透镜，所得数据有何异同？109\n基础性实验实验十偏振光的研究一、实验目的1．观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解。2．掌握产生和检验偏振光的原理和方法。二、实验仪器氦氖激光器，偏振片，波片，玻璃片和支架。三、实验原理光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向，某一方向振动占优势的光叫部分偏振光，只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光(如自然光)变成线偏振光的方法称为起偏，用来起偏的装置或元件叫起偏器。1．平面偏振光的产生(1)非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面(如水、木头、玻璃等)时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。起偏角的数值与反射物质的折射率的关系是(10－1)称为布如斯特定律，如图10－1所示。根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。(2)偏振片109\n基础性实验分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构的分子，这些分子平行地排列在同一方向上。这种胶膜只允许垂直于分子排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光，如图10－2所示。分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。鉴别光的偏振状态叫检偏，用作检偏的仪器或元件叫检偏器。偏振片也可作检偏器使用。自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时，在垂直光线传播方向的平面内旋转偏振片时，可观察到不同的现象，如图10－3所示，图中表示旋转，光强不变，为自然光；表示旋转，无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光；表示旋转，可找到全暗位置，为线偏振光。2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生平面偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片的表面，会产生比较特殊的双折射现象。这时，非常光和寻常光的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相位差(10－2)式中表示单色光在真空中的波长，和分别为晶体中光和光的折射率，为晶片厚度。(1)如果晶片的厚度使产生的相位差，k=0，1，2，…，这样的晶片称为1/4波片。平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光；当α=π/4时，则为圆偏振光；当或π/2时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。由此可知，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。(2)如果晶片的厚度使产生的相差，k=0，1，2，…，这样的晶片称为半波片。如果入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的交角为，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过角。3．平面偏振光通过检偏器后光强的变化强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为(10－3)109\n基础性实验式中，为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，(10－3)式为马吕斯(Malus)定律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强。当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量极大时，称它们为平行(此时=0度)。当二者的取向使系统射出的光量极小时，称它们为正交(此时=90度)。一、实验内容1．起偏将光束投射到屏上，在光束中插入一个偏振片，使偏振片在垂直于光束的平面内转动，观察透射光光强的变化，记录观察到的现象。2．消光在第一块偏振片和屏之间加入第二块偏振片，将第一块偏振片固定，在垂直于光束的平面内旋转第二块偏振片，记录观察到的现象。3．三块偏振片的实验使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，这时观察第三块偏振片在什么位置时光强最强，在什么位置时光强最弱，记录具体位置。N1凸透镜N21/4波片L4．椭圆偏振光，圆偏振光的产生与检验。(1)使用图10-4的装置，调节N1的角度为ψ1、使N1和N2正交出现消光，这时N2角度为ω2，在N1N2间和N1平行放置1/4波片，以光线方向为轴将波片转360°，记录出现消光的次数和1/4波片所处的角度。表10-1记录在两正交偏振片中插入1/4波片观察到的现象消光次数123451/4波片角度θ0(2)调节N1的角度为ψ1、使N1和N2正交出现消光，这时N2角度为ω2，在N1N2间和N1平行放置1/4波片，1/4波片的光轴和N1的主截面成α角，转动N2观察光强的变化，以及出现光强极大，极小时N2所处的角度θ2，从光强的变化以判断所产生的光线是什么偏振光。从原理可知，当α=│θ-γ1/4│=π/4的偶数倍时，会出现消光现象，如果设1/4波片的光轴为γ1/4：则γ1/4=θ+2k(π/4)或γ1/4=θ-2k(π/4)(k=0，1，2，…)，所以计算出γ1/4=109\n基础性实验表10-2记录使用起偏器N1和1/4波片产生圆偏振光与椭圆偏振光的情况1/4波片角度θθ0θ0+30°θ0+45°θ0+60°θ0+75°θ0+90°θ0+105°θ0+120°θ0+145°θ0+150°θ0+175°光强的变化现象有消光光线的性质平面偏振光N2所处的角度光强极大θ21ω2+90°光强极小θ22ω2(2)圆偏振光、自然光与椭圆偏振光和部分偏振光的区别由偏振理论可知，一般能够区别开平面偏振光和其它状态的光，但用一块偏振片是无法将圆偏振光与自然光，椭圆偏振光与部分偏振光区别开的，如果再提供一片1/4波片C2加在检偏的偏振片前，就可鉴别出它们。按上述步骤，再在实验装置上增加一片1/4波片C2，观察并记录现象，记录方法自己设计。表10-3怎样区分圆偏振光、自然光与椭圆偏振光和部分偏振光光的性质圆偏振光自然光椭圆偏振光部分偏振光用一块偏振片观察无消光光无强弱变化无消光光无强弱变化无消光光有强弱变化无消光光有强弱变化在检偏的偏振片前再加一片1/4波片有消光无消光有消光无消光N1凸透镜PN2半波片L5．考察半波片对偏振光的影响(1)使用图10-5的装置，调节N1的角度为ψ1、使N1和N2正交出现消光，这时N2角度为ω2，在N1N2间和N1平行放置半波片，以光线方向为轴将半波片转360°，记录出现消光的次数和半波片所处的角度。表10-4记录在两正交偏振片中插入半波片观察到的现象消光次数1234半波片角度θ从实验原理可知，当N1和N2正交时，如果晶片是半波片，的偶数倍时，会出现消光现象，所以可以判断半波片的光轴为：γ半=θ+2k(π/4)或γ半=θ-2k(π/4)，(k=0，1，2，…)γ半，(2)调节N1的角度为ψ1、使N1和N2正交出现消光，这时N2角度为ω0，在N1N2间和N1平行放置半波片，转动半波片直至出现消光，记录半波片位置角度θ0。然后把半波片调至下表中的角度，转动N2直至出现消光，109\n基础性实验记录出现消光时半波片的角度θ和N2的角度ω。这时半波片的光轴和N1的主截面成α角，偏振片转过的角度为β表10-5考察半波片对偏振光的影响半波片角度θθ0+0°θ0+20°θ0+40°θ0+60°θ0+80°θ0+100°半波片角度θ0°20°40°60°80°100°N2角度ωαββ/α=α=│θ-γ半│β=│ω-ω0│由上表数据可验证：2α=β图16．布儒斯特定律(1)如图10-6所示，在旋转平台上垂直固定一平板玻璃，先使光束平行于玻璃板，然后使平台转过角，形成反射和透射光束。(2)使用检片器检验反射光的偏振态，并确定检偏器上偏振片的偏振轴方向。(3)测出起偏角，按式tgα＝n2/n1，计算出玻璃的折射率。练习二，用旋光计测定糖溶液的浓度测量出角后代入公式=ρlc计算出糖溶液的浓度表10-6测定仪器的零位读数123(度)左右左右左右表10-7测量糖溶液的浓度旋光度=，ρ=66.50°cm3/dm·g试管长度l(dm)123平均值(度)旋光度(度)溶液浓度c(g/100ml)左右左右左右一、思考题1．两片1/4波片组合，能否做成半波片？2．在确定起偏角时，找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因。109\n综合设计性实验第四章综合设计性实验实验十一迈克尔逊干涉仪的调整和使用在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小长度，否定了“以太”的存在，这个著名的实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，1907年获诺贝尔奖。迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。目前，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产、生活和科技领域。一、实验目的1．了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。2．学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。3．观察等倾干涉条纹，测量激光的波长。4．观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪()，激光器，钠光灯，毛玻璃屏，扩束镜。迈克尔逊干涉仪的介绍1．迈克尔逊干涉仪的主体结构型迈克尔逊干涉仪的主体结构如图11－1(a)所示，由下面六个部分组成(1)底座底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。由三个调平螺丝9支撑，调平后可以拧紧锁紧圈10以保持座架稳定。(2)导轨导轨7由两根平行的长约280毫米的框架和精密丝杆6组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米，如图11－1(b)所示。(3)拖板部分109\n综合设计性实验拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜11(即M1)在导轨面上滑动，实现粗动。M1是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平行。倾角可分别用镜背后面的三颗滚花螺丝13来调节，各螺丝的调节范围是有限度的，如果螺丝向后顶得过松在移动时，可能因震动而使镜面有倾角变化，如果螺丝向前顶得太紧，致使条纹不规则，严重时，有可能将螺丝口打滑或平面镜破损。(4)定镜部分定镜M2与M1是相同的一块平面镜，固定在导轨框架右侧的支架上。通过调节其上的水平拉簧螺钉15使M2在水平方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹在水平方向微动；通过调节其上的垂直拉簧螺钉16使M2在垂直方向转过一微小的角度，能够使干涉条纹上下微动；与三颗滚花螺丝13相比，15、16改变M2的镜面方位小得多。定镜部分还包括分光板P1和补偿板P2，前面原理部分已介绍。(5)读数系统和传动部分1)移动镜11(即M1)的移动距离毫米数可在机体侧面的毫米刻尺5上直接读得。2)粗调手轮2旋转一周，拖板移动1毫米，即M2移动1毫米109\n综合设计性实验，同时，读数窗口3内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为10-2毫米，读数由窗口上的基准线指示。3)微调手轮1每转过一周，拖板移动0.01毫米，可从读数窗口3中可看到读数鼓轮移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为10-4毫米。所以，最后读数应为上述三者之和。(6)附件支架杆17是用来放置像屏18用的，由加紧螺丝12固定。2．迈克尔逊干涉仪的调整(1)按图11－3所示安装激光器和迈克尔逊干涉仪。打开激光器的电源开关，光强度旋扭调至中间，使激光束水平地射向干涉仪的分光板P1。(2)调整激光光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。如果激光束对分光板P1在水平方向的入射角为45度，那么正好以45度的反射角向动镜M1垂直入射，原路返回，这个像斑重新进入激光器的发射孔。调整时，先用一张纸片将定镜M2遮住，以免M2反射回来的像干扰视线，然后调整激光器或干涉仪的位置，使激光器发出的光束经P1折射和M1反射后，原路返回到激光出射口，这已表明激光束对分光板P1的水平方向入射角为45度。(3)调整定臂光路将纸片从M2上拿下，遮住M1的镜面。发现从定镜M2反射到激光发射孔附近的光斑有四个，其中光强最强的那个光斑就是要调整的光斑。为了将此光斑调进发射孔内，应先调节M2背面的3个螺钉，改变M2的反射角度。微小改变M2的反射角度再调节水平拉簧螺钉15和垂直拉簧螺钉16，使M2转过一微小的角度。特别注意，在未调M2之前，这两个细调螺钉必须旋转到中间位置。(4)拿掉M1上的纸片后，要看到两个臂上的反射光斑都应进入激光器的发射孔，且在毛玻璃屏上的两组光斑完全重合，若无此现象，应按上述步骤反复调整。(5)用扩束镜使激光束产生面光源，按上述步骤反复调节，直到毛玻璃屏上出现清晰的等倾干涉条纹。一、实验原理1．用迈克尔逊干涉仪测量激光波长迈克尔逊干涉仪的工作原理如图11－3所示，M1、M2为两垂直放置的平面反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。P1、P2平行放置，与M2109\n综合设计性实验固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1由精密丝杆控制，可以沿臂轴前后移动。P1的第二面上涂有半透明、半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光、透射光，所以P1称为分光板(又称为分光镜)。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板P1后成为光，到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在P1的第二面上形成光，也被返回到观察点处。由于光在到达E处之前穿过P1三次，而光在到达E处之前穿过P1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与P1的厚度、折射率严格相同的P2平面玻璃板，满足了、两光在到达E处时无光程差，所以称P2为补偿板。由于、光均来自同一光源S，在到达P1后被分成、两光，所以两光是相干光。总上所述，光线是在分光板P1的第二面反射得到的，这样使M2在M1的附近(上部或下部)形成一个平行于M1的虚像M2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M1、M2的反射相当于自M1、M2＇的反射。也就是，在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为的空气薄膜所产生的干涉，可以等效为距离为2d的两个虚光源S1和S2＇发出的相干光束。即M1和M2＇反射的两束光程差为(11―1)两束相干光明暗条件为(k=1，2，3，…，)(11―2)(11―2)式中为反射光在平面反射镜M1上的反射角，为激光的波长，为空气薄膜的折射率，为薄膜厚度。凡相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M1和M2＇的距离而改变。当时光程差最大，在点处对应的干涉级数最高。由(11―2)式得(11―3)109\n综合设计性实验(11―4)由(11―4)可得，当改变一个1/2时，就有一个条纹“涌出”或“陷入”，所以在实验时只要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数，读出的改变量就可以计算出光波波长的值(11―5)从迈克尔逊干涉仪装置中可以看出，发出的凡与M2的入射角均为的圆锥面上所有光线，经M1与M2＇的反射和透镜的会聚于的焦平面上以光轴为对称同一点处；从光源S2上发出的与S1中a平行的光束b，只要i角相同，它就与、的光程差相等，经透镜L会聚在半径为的同一个圆上，如图11－4所示。2．用迈克尔逊干涉仪测量钠光的双线波长差由原理1可知，因光源的绝对单色(一定)，经M1、M2＇反射及P1、P2透射后，得到一些因光程差相同的圆环，的改变仅是“涌出”或“陷入”的N在变化，其可见度V不变，即条纹清晰度不变。可见度为：(11―6)当用、两相近的双线光源照(如钠光)射时，光程差为，(11―7)当改变时，光程差为109\n综合设计性实验，(11―8)(11―7)和(11―8)两式对应相减得光程差变化量(11―9)由(11―9)式得于是，钠光的双线波长差为(11―10)式中=()/2在视场中心处，当M1在相继两次视见度为0时，移过引起的光程差变化量为则(11―11)从(11―11)式可知，只要知道两波长的平均值和M1镜移动的距离，就可求出纳光的双线波长差。一、实验内容1．测量激光的波长1)用粗动手轮把平面射镜M1移至30mm左右。2)点亮氦氖激光器，使激光束经过分光板P1分束，会出现两排各3点的光斑。3)调节M1和M2的两种镜后的螺旋。改变M1-M2镜的方位，使两排光斑重合并能观察到这些光斑有振动现象并有微少干涉条纹。4)再在激光器前放一扩束透镜，屏上即可呈现出干涉纹，缓慢细心调节M2镜后的调螺旋，即可出现圆形条纹。5)迈克尔逊干涉仪的手轮操作和读数练习，连续同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”109\n综合设计性实验现象，先练习读毫米标尺、读数窗口和微调手轮上的读数。掌握干涉条纹“涌出”或“陷入个数、速度与调节微调手轮的关系。经上述调节后，读出动镜M1所在的相对位置，然后沿同一方向转动微调手轮，仔细观察屏上的干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。每隔　100个条纹，记录一次动镜M1的位置。共记500条条纹，读6个位置的读数，填入自拟的表格中。(在调节和测量过程中，一定要非常细心，转盘的转动缓慢，均匀，为了防止引进螺距差，每次测量必须沿同一方向旋转转盘，不得中途倒退，且不能振动仪器。)1)观察汞灯白光的彩色干涉条纹用激光观察到干涉条纹时，缓慢转动粗动手轮，使干涉圆环条纹向里陷入，使得干涉条纹变粗，当视场范围内只剩下几条干涉条纹时，把激光换成汞灯白光，就可以观察汞灯白光的彩色干涉条纹了。2．测量钠光D双线(D1D2)的波长差1)用激光观察到干涉条纹时，缓慢转动粗动手轮，使干涉圆环条纹向里陷入，使得干涉条纹变粗，当视场范围内只剩下几条干涉条纹时，把激光换成钠光，将观察到干涉条纹，再仔细、慢慢地调节M2镜旁的微调弹簧，使条纹成清晰的圆形。2)向一个方向快速转动微动手轮(或缓慢转动粗动手轮)移动M1镜，使视场中心的可见度最小(即干涉条纹变模糊时)，记录M1镜的位置d1，再沿原来方向移动M1镜，直到可见度最小(即干涉条纹第二次变模糊时)，记下M1镜的位置d2，即得到：。3)继续向原方向快速转动微动手轮(或缓慢转动粗动手轮)当干涉条纹从清晰又一次变模糊时，再记录M1镜的位置d3，即得到：，继续向同一方向前进，测量10个模糊区的间距，计算出，代入公式(11―11)计算出Δλ，记录表格自己设计。取为589.3纳米一、注意事项1．在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀。2．为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。3．在用激光器测波长时，M1镜的位置应保持在30—60毫米范围内。109\n综合设计性实验4．为了测量读数准确，使用干涉仪前必须对读数系统进行校正。一、思考题1．简述本实验所用干涉仪的读数方法。2．分析扩束激光和钠光产生的圆形干涉条纹的差别。3．怎样利用干涉条纹的“涌出”和“陷入”来测定光波的波长？4．调节钠光的干涉条纹时，如果确使双影重合，但条纹并不出现，试分析可能产生的原因。109\n综合设计性实验实验十二组装望远镜(或显微镜)一、实验目的(1)研究透镜成像规律和望远镜(显微镜)的放大原理。(2)搭建一个望远镜的光路，并绘出其光路图。(3)自制一个望远镜(或显微镜)。二、可选用实验仪器光具座、白炽光源、透镜两个、通明标尺、读数显微镜、标尺等三、实验内容和要求(1)用自准法或共轭法分别测出两个透镜的焦距，并确定物镜和目镜的组成。(2)在光具座上搭建望远镜(或显微镜)，观察并分析其成像规律。(3)画出光路图，并测定计算所组装望远镜(或显微镜)的视角放大倍数。四、实验提示1、查阅资料，熟悉望远镜和显微镜的工作原理及它们间的区别。关键了解各自的物镜与目镜的选择及其对放大倍率的影响。2、简单望远镜两个透镜组成，一般为凸+凸或凸+凹形式，目镜焦距短，物镜焦距长。3、望远镜成像原理及特征。望远镜第一次成缩小的实像，第二次成放大的虚像。4、放大倍率的测量，一般采用目测法：即在无限远处(大于2米即可)放一标尺，用一只眼睛通过目镜观察标尺的倒立放大的虚像，另一只眼睛直接看标尺，调整目镜是两者重叠而无视差，这时在标尺上读出像高和物高，两者之比即为放大率。五、问题思考1、在光学平台上，如何对光学器件进行同轴等高调节?2、在自准直法测焦距的实验中，当透镜从远处移近物屏时，为什么能在物屏上出现两次成像?哪一个才是透镜的自准像，如何判断它?3、在用共轭法测焦距时，如果不论如何调节透镜位置都不能在光屏上得到清晰的成像或只有一次成像，说明什么问题？应如何解决？对于焦距较大(4倍焦距大于光学平台的有效长度)的凸透镜能够可否用共轭法测出其焦距？109\n综合设计性实验4、对于在光学平台上搭建的望远镜(或显微镜)，如何调节焦距以获得清晰的成像？109\n综合设计性实验实验十三光栅特性的研究衍射光栅是指平行、等宽而又等间距的多狭缝元件。光栅通常用于研究复色光谱的组成，进行光谱分析。还可以通过光栅获得特定波长的单色光。所以，光栅是一个重要的分光元件。光栅按其结构分类，可分为平面光栅，阶梯光栅和凹面光栅，按衍射条件分类，又可分为透射光栅和反射光栅。一、实验目的1．学习如何选择实验方法测定光学元件特性参数．2．学习如何通过实验加深对理论规律的理解。二、实验仪器除给定不同光栅常数的全息光栅外，其余仪器设备请自行提出．三、实验要求1．选择一定的方法和仪器，测出所给衍射光栅的四个主要特性参数；光栅常数d，角色散率ψ，分辨本领R及和衍射效率η。2．利用所给光栅测量钠光灯的钠双线波长，或汞灯谱线的各个波长，或He—Ne激光器的激光波长。要求测量结果的精确度Eλ≤0.1％。．3．从理论上算出在给定的光栅和波长(汞灯)的条件下，能观察到的光栅最高衍射级数，并用实验加以检验。4．观察分辨本领R与光栅狭缝数目N的关系。挡住光栅的一部分，减少狭缝数目N，观察钠光灯的钠双线随N的减少而发生的变化．四、实验提示根据夫琅和费光栅衍射理论，当一束平行光垂直入射到光栅平面上时，光栅将发生衍射。衍射光波中亮条纹的位置由下列方程dsin=kλ(k=0，±1，±2…)决定。其中缝距d称为光栅常数，为衍射角，k为衍射光谱的级数，λ为入射光的波长。有关光栅的几个特性参数说明如下：1．光栅常数d。d=a+b，a为光栅狭缝宽度，b为相邻狭缝间不透明部分宽度。2．角色散率ψ，定义为单位波长间隔内两单色谱线之间的角间距。由109\n综合设计性实验dsink=kλ，可知ψ3．分辨本领R。，定义为两条刚可被分开的谱线的波长差除以平均波长。根据瑞利条件，所谓两条刚可被分开谱线可规定为：波长相差的两条相邻谱线，其中一条谱线的最亮处应落在另一条谱线的最暗处．可以证明，对于宽度一定的光栅，R的理论极限值Rm=kN=，而实测值将小于KN，式中，k为光谱级数，N片为参加衍射的光栅缝数，L为入射光束范围内的光栅宽度，d为光栅常数。4．衍射效率η。η＝100％，I1为第一衍射级光谱的强度，I0为零级光谱的强度．一、思考题1．说明为什么实测的分辨本领数值小于理论极限值。2．分析比较光栅光谱和棱镜光谱的特点。(可从谱线的排列次序、间距、角色散率和衍射级数等项目进行讨论)109\n综合设计性实验实验十四设计用单缝衍射测定微小量一、实验目的1．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。2．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。3．学会用衍射法测量微小量。二、可选实验仪器激光器，单缝，硅光电池，读数显微镜，光点检流计和米尺。三、实验要求1、熟悉单缝衍射的原理，设计测量单缝宽度的实验步骤；2、选择一定的方法和仪器测定小孔和细线的直径。四、实验提示1．单缝衍射的单缝宽度的测量当光在传播过程中经过障碍物，如不透明物体的边缘、小孔、细线、狭缝等时，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺寸与波长相近，那么，这样的衍射现象就比较容易观察到。单缝衍射有两种：一种是菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都不都是球面波；另一种是夫琅和费衍射，单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。在用散射角极小的激光器产生激光束，通过一条很细的狭缝(0.1～0.3毫米宽)，在狭缝后大于1.5米的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，它实际上就是夫琅和费衍射条纹，如图14—1所示。当激光照射在单缝上时，根据惠更斯——菲涅尔原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于单缝的明暗相间的条纹。109\n综合设计性实验由理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为　(14—2)式中，是狭缝宽，是波长，是单缝位置到光电池位置的距离，是从衍射条纹的中心位置到测量点之间的距离，其光强分布如图14—2所示。当相同，即相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于狭缝的条纹。当时，，，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；当，即时，在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。中央亮条纹的宽度可用的两条暗条纹间的间距确定，；某一级暗条纹的位置与缝宽成正比，大，小，各级衍射条纹向中央收缩，当宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。于是，单缝的宽度为(14—2)因此，如果测到了第级暗条纹的位置，用光的衍射可以测量细缝的宽度。光的衍射现象是光的波动性的一种表现。研究光的衍射现象不仅有助于加深对光本质的理解，而且能为进一步学好近代光学技术打下基础。衍射使光强在空间重新分布，利用光电元件测量光强的相对变化，是测量光强的方法之一，也是光学精密测量的常用方法。根据互补原理，光束照射在细丝上时，其衍射效应和狭缝一样，在接收上提到同样的明暗相间的衍射条纹。因此，利用上述原理也可以测量细丝直径及其动态变化。2．小孔的夫琅和费衍射及小孔的直径测量夫琅和费衍射不仅表现在单缝衍射中，也表现在小孔的衍射中，如图14－3所示。平行的激光束垂直地入射于圆孔光阑1上，衍射光束被透镜2会聚在它的角平面3上，若在此焦平面上放置一接收屏，将呈现出衍射条纹。衍射条纹为同心圆，它集中了84%以上的光能量，点的光强分布为109\n综合设计性实验(14—3)为一阶贝塞尔函数，它可以展开成的级数(14-4)可以用衍射角及小孔半径表示(14—5)式中是激光波长(激光器纳米)。衍射图样的光强极小点就是一阶贝塞尔函数的零点，它们是x0=3.832，7.0162，0.174，13.32，…；衍射条纹的光强极大点对应的x=5.136，8.460，11.620，13.32，…。中央光斑(第一暗环)的直径为，点的位置由衍射角来确定，若屏上点离中心的距离为()，则中央光斑的直径为(14—6)其中，是一阶贝塞尔函数的第一个零点。同理，可推算出第个暗环直径为(14—7)其中，是一阶贝塞尔函数第个零点，(n=1，2，3，…)。由(14－6)可知，只要测得中央光斑的直径，便可求得小孔半径。3．细丝直径的测量依巴比涅定理，直径为的细丝产生的衍射图样与宽度为的狭缝产生的衍射图样相同。如图14－4所示，产生暗条纹的条件是109\n综合设计性实验(k=1，2，3，…)(14—8)由于所以(14—9)式中k=1，2，3，…，可以看出，只需测出第个暗条纹的位置，就可以计算出细丝的直径。一、思考题1．什么叫光的衍射现象？2．夫琅和费衍射应符合什么条件？3．单缝衍射光强是怎么分布的？4．如果激光器输出的单色光照射在一根头发丝上，将会产生怎样的衍射花样？可用本实验的哪种方法测量头发丝的直径？5．本实验中采用了激光衍射测径法测量细丝直径，它与普通物理实验中的其他测量细丝直径方法相比较有何优点？试举例说明。109\n综合设计性实验实验十五硅光电池特性的研究一、实验目的1．掌握PN结形成原理及其工作机理；2．了解LED发光二极管的驱动电流和输出光功率的关系；3．掌握硅光电池的工作原理及其工作特性。二、实验仪器1．TKGD―1型硅光电池特性实验仪；2．信号发生器；3．双踪示波器。三、实验原理1．引言目前半导体光电探测器在数码摄像﹑光通信﹑太阳电池等领域得到广泛应用，硅光电池是半导体光电探测器的一个基本单元，深刻理解硅光电池的工作原理和具体使用特性可以进一步领会半导体PN结原理﹑光电效应理论和光伏电池产生机理。图15-1是半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区，当P型和N型半导体材料结合时，由于P型材料空穴多电子少，而N型材料电子多空穴少，结果P型材料中的空穴向N型材料这边扩散，N型材料中的电子向P型材料这边扩散，扩散的结果使得结合区两侧的P型区出现负电荷，N型区带正电荷，形成一个势垒，由此而产生的内电场将阻止零偏反偏正偏图15-1半导体PN结在零偏﹑反偏﹑正偏下的耗尽区扩散运动的继续进行，当两者达到平衡时，在PN结两侧形成一个耗尽区，耗尽区的特点是无自由载流子，呈现高阻抗。当PN结反偏时，外加电场与内电场方向一致，耗尽区在外电场作用下变宽，使势垒加强；当PN结正偏时，外加电场与内电场方向相反，耗尽区在外电场作用下变窄，势垒削弱，使载流子扩散运动继续形成电流，此即为PN结的单向导电性，电流方向是从P指向N。2．LED的工作原理109\n综合设计性实验图15-2发送光的设定、驱动和调制电路框图当某些半导体材料形成的PN结加正向电压时，空穴与电子在PN结复合时将产生特定波长的光，发光的波长与半导体材料的能级间隙Eg有关。发光波长λp可由下式确定：(15-1)式(15-1)中h为普朗克常数，c为光速。在实际的半导体材料中能级间隙Eg有一个宽度，因此发光二极管发出光的波长不是单一的，其发光波长半宽度一般在25～40nm左右，随半导体材料的不同而有差别。发光二极管输出光功率P与驱动电流I的关系由下式决定：(15-2)式(15-2)中，η为发光效率，Ep是光子能量，e是电荷常数。图15-3LED发光二极管的正弦信号调制原理输出光功率与驱动电流呈线性关系，当电流较大时由于PN结不能及时散热，输出光功率可能会趋向饱和。本实验用一个驱动电流可调的红色超高亮度发光二极管作为实验用光源。系统采用的发光二极管驱动和调制电路如图15-2所示。信号调制采用光强度调制的方法，发送光强度调节器用来调节流过LED的静态驱动电流，从而改变发光二极管的发射光功率。设定的静态驱动电流调节范围为0～20毫安，对应面板上的光发送强度驱动显示值为0～2000单位。正弦调制信号经电容、电阻网络及运放跟随隔离后耦合到放大环节，与发光二极管静态驱动电流迭加后使发光二极管发送随正弦波调制信号变化的光信号，如图15-3所示，变化的光信号可用于测定光电池的频率响应特性。3．硅光电池的工作原理硅光电池是一个大面积的光电二极管，它被设计用于把入射到它表面的光能转化为电能，因此，可用作光电探测器和光电池，被广泛用于太空和野外便携式仪器等的能源。109\n综合设计性实验图15-4.光电池结构示意图光电池的基本结构如图15-4，当半导体PN结处于零偏或反偏时，在它们的结合面耗尽区存在一内电场，当有光照时，入射光子将把处于介带中的束缚电子激发到导带，激发出的电子空穴对在内电场作用下分别飘移到N型区和P型区，当在PN结两端加负载时就有一光生电流流过负载。流过PN结两端的电流可由式15-3确定(15-3)式(15-3)中Is为饱和电流，V为PN结两端电压，T为绝对温度，Ip为产生的光电流。从式中可以看到，当光电池处于零偏时，V=0，流过PN结的电流I=Ip；当光电池处于反偏时(在本实验中取V=-5V)，流过PN结的电流I=Ip-Is，因此，当光电池用作光电转换器时，光电池必须处于零偏或反偏状态。光电池处于零偏或反偏状态时，产生的光电流Ip与输入光功率Pi有以下关系：(15-4)图15-5.光电池光电信号接收框图式(15-4)中R为响应率，R值随入射光波长的不同而变化，对不同材料制作的光电池R值分别在短波长和长波长处存在一截止波长，在长波长处要求入射光子的能量大于材料的能级间隙Eg，以保证处于介带中的束缚电子得到足够的能量被激发到导带，对于硅光电池其长波截止波长为λc=1.1μm，在短波长处也由于材料有较大吸收系数使R值很小。图15-5是光电信号接收端的工作原理框图，光电池把接收到的光信号转变为与之成正比的电流信号，再经电流电压转换器把光电流信号转换成与之成正比的电压信号。比较光电池零偏和反偏时的信号，就可以测定光电池的饱和电流Is。当发送的光信号被正弦信号调制时，则光电池输出电压信号中将包含正弦信号，据此可通过示波器测定光电池的频率响应特性。图15-6.光电池伏安特性的测定4．光电池的负载特性109\n综合设计性实验图15-7.硅光电池特性实验框图光电池作为电池使用如图15-6所示。在内电场作用下，入射光子由于内光电效应把处于介带中的束缚电子激发到导带，而产生光伏电压，在光电池两端加一个负载就会有电流流过，当负载很小时，电流较小而电压较大；当负载很大时，电流较大而电压较小。实验时可改变负载电阻ＲＬ的值来测定光电池的伏安特性。一、实验内容硅光电池特性实验仪框图如图15-7所示。超高亮度LED在可调电流和调制信号驱动下发出的光照射到光电池表面，功能转换开关可分别打到零偏﹑负偏或负载。1．硅光电池零偏和反偏时光电流与输入光信号关系特性测定打开仪器电源，调节发光二极管静态驱动电流，其调节范围为0～20mA(相应于发光强度指示0~2000)，将功能转换开关分别打到零偏和负偏，将硅光电池输出端连接到I/V转换模块的输入端，将I/V转换模块的输出端连接到数字电压表头的输入端，分别测定光电池在零偏和反偏时光电流与输入光信号关系。记录数据并在同一张方格纸上作图，比较光电池在零偏和反偏时两条曲线关系，求出光电池的饱和电流Is。2．硅光电池输出拉接恒定负载时产生的光伏电压与输入光信号关系测定将功能转换开关打到“负载”处，将硅光电池输出端连接恒定负载电阻(如取10K)和数字电压表，从0～20mA(指示为0~2000)调节发光二极管静态驱动电流，实验测定光电池输出电压随输入光强度的关系曲线。3．硅光电池伏安特性测定在硅光电池输入光强度不变时(取发光二极管静态驱动电流为15mA)，测量当负载从0～100kΩ的范围内变化时，光电池的输出电压随负载电阻变化关系曲线。4．硅光电池的频率响应将功能转换开关分别打到“零偏”和“负偏”处，将硅光电池的输出连接到I/V转换模块的输入端。令LED偏置电流为10mA(显示为1000)109\n综合设计性实验，在信号输入端加正弦调制信号，使LED发送调制的光信号，保持输入正弦信号的幅度不变，调节信号发生器频率，用示波器观测并测定记录发送光信号的频率变化时，光电池输出信号幅度的变化，测定光电池在零偏和负偏条件下的幅频特性，并测定其截止频率。将测量结果记录在自制的数据表格中。比较光电池在零偏和负偏条件下的实验结果，分析原因。一、思考题1．光电池在工作时为什么要处于零偏或反偏？2．光电池用于线性光电探测器时，对耗尽区的内部电场有何要求？3．光电池对入射光的波长有何要求？4．当单个光电池外加负载时，其两端产生的光伏电压为何不会超过0.7伏？5．如何获得高电压﹑大电流输出的光电池？109\n基本物理常量第五章基本物理常量表16－1国际单位制物理量名称单位名称单位符号用其它SI单位表示式中文国际基本单位长度米米m质量千克千克kg时间秒秒s电流安培安A热力学温标开尔文开K物质的量摩尔摩mol光强度坎德拉坎cd辅助单位平面角立体角弧度球面度弧度球面度radsr导出单位面积平方米米2m2s–1速度米每秒米/秒m/s加速度米每秒平方米/秒2m/s2密度千克每立方米千克/米3kg/m3频率赫兹赫Hz力牛顿牛Nm·kg·s－2压力、压强、应力帕斯卡帕PaN/m2功、能量、热量焦尔焦JN·m功率、辐射通量瓦特瓦wJ/s电量、电荷库仑库CS·A电位、电压、电动势伏特伏VW/A电容法拉法FC/V电阻欧姆欧ΩV/A磁通量韦伯韦wbV·s磁感应强度特斯拉特TWb/m2电感亨利亨HWb/A光通量流明流lmlm/m2光照度勒克斯勒lx粘度帕斯卡秒帕·秒Pa·s表面张力牛顿每米牛/米N/m比热容焦尔每米克开尔文焦/（千克·开）J/(kg·K)热导率瓦特每米开尔文瓦/（米·开）W/(m·K)电容率（介电常量）法拉每米法/米F/m磁导率亨利米亨/米H/m109\n基本物理常量表16－2基本物理常量名称符号、数值和单位真空中的光速电子的电荷普朗克常量阿伏伽德罗常量原子质量单位电子的静止质量电子的荷质比法拉第常量氢原子的里德伯常量摩尔气体常量玻尔兹曼常量洛施密特常量万有引力常量标准大气压冰点的绝对温度声音在空气中的速度（标准状态下）干燥空气的密度（标准状态下）水银的密度（标准状态下）理想气体的摩尔体积（标准状态下）真空中介电常量（电容率）真空中磁导率钠光谱中黄线的波长镉光谱中红线的波长（15℃，101325Pa）c＝2.99792458×108m/se＝1.6021892×10－19Ch＝6.626176×10－34J·sN0＝6.022045×1023mol－1u＝1.6605655×10－27kgme＝9.109534×10－31kge/me＝1.7588047×1011C/kgF＝9.648456×104C/molRH＝1.096776×107m－1R＝8.31441J/(mol·k)k＝1.380622×10－23J/Kn＝2.68719×1025m－3G＝6.6720×10－11N·m2/kg2P0＝101325PaT0＝273.15Kv＝331.46m/sρ空气＝1.293kg/m3ρ水银＝13595.04kg/m3Vm＝22.41383×10－3m3/molε0＝8.854188×10－12F/mμ0＝12.566371×10－7H/mD＝589.3×10－9mλcd＝643.84696×10－9m表16－3各种物质折射率表c.一些双晶体的光学常数物质名称NαNβNγ物质名称NαNβNγ云母1.56011.59361.5977酒石酸1.49531.53531.6046蔗糖1.53971.56671.5716硝酸钾1.33461.50561.5061109\n基本物理常量a．一些气体的反射率a．一些液体的反射率物质名称折射率物质名称温度/℃折射率空气1.0002926水201.3330氢气1.000132乙醇201.3614氮气1.000296甲醇201.3288氧气1.000271苯201.5011水蒸气1.000254乙醚221.3550二氧化碳1.000488丙酮201.3591甲烷1.000444二硫化碳181.6255*在正常温度和气压下三氯甲烷201.446甘油201.474加拿大树胶201.530d.常用晶体及光学玻璃折射率表e.晶体的折射率no和ne表物质名称折射率物质名称分子式none熔凝石英SiO21.45843冰H201.3131.309氯化钠NaCl1.54427氟化镁MgF21.3781.390氯化钾KCl1.49044晶态石英Si021.54421.5533萤   石CaF21.43381氯化镁MgO·H2O1.5591.580冕牌玻璃K61.51110锆石ZrO2·SiO21.9231.968冕牌玻璃K81.51590硫化锌ZnS2.3562.378冕牌玻璃K91.51630方解石CaO·CO21.65841.4864重冕玻璃ZK61.61263钙黄长石2Ca0·Al203·SiO21.6691.658重冕玻璃ZK81.61400菱镁矿ZnO·CO21.7001.509钡冕玻璃BaK21.53988刚石Al2O31.7681.760火石玻璃F11.60328淡红银矿3Ag2S·AS2S32.9792.711钡火石玻璃BaF81.62590电石CaC21.6691.638重火石玻璃ZF11.64752硝酸钠NaNO31.58741.3361重火石玻璃ZF51.73977重火石玻璃ZF61.75496109\n基本物理常量e.在常温下某些物质相对于空气的光的折射率物质H线(656.3nm)D线(589.3nm)H线（486.1nm）水（18℃）乙醇（18℃）二硫化碳（18℃）冕玻璃（轻）冕玻璃（重）燧石玻璃（轻）燧石玻璃（重）方解石（寻常光）方解石（非常光）水晶（寻常光）水晶（非常光）1.33141.36091.61991.51271.61261.60381.74341.65451.48461.54181.55091.33321.36251.62911.51531.61521.60851.75151.65851.48641.54421.55331.33731.36651.65411.52141.62131.62001.77231.66791.49081.54961.5589表16－4可见光区定标用的已知波长汞（Hg）发射光谱  单位：波长颜色相对强度波长颜色相对强度690.72671.62623.44612.33589.02585.94579.07578.97576.96567.59深红深红红红黄黄黄黄黄黄绿弱弱中弱弱弱强强强弱546.07535.40496.03491.60435.34434.75433.92410.31407.78404.66绿绿蓝绿蓝绿蓝紫蓝紫蓝紫紫紫紫很强弱中中很强中弱弱中强109\n基本物理常量表16－5几种常用激光器的主要谱线波长氦氖激光氦镉激光氩离子激光二氧化碳激光红宝石激光钕激光器632.8nm441.6nm528.70nm10.6μm694.3nm1.35μm325.0nm514.53nm*693.4nm*1.336μm501.72nm510.0nm1.317μm496.51nm360.0nm1.06μm*487.99nm*0.914μm476.49nm472.69nm465.79nm457.94nm454.50nm437.07nm*表示最强的谱线表16－6            常用光源的谱线波长表（单位：nm）一、H（氢）656.28红486.13绿蓝434.05蓝410.17蓝紫397.01蓝紫二、He（氦）706.52红667.82红587.56（D3）黄501.57绿492.19绿蓝471.31蓝447.15蓝402.62蓝紫388.87蓝紫三、Ne（氖）650.65红640.23橙638.30橙626.25橙621.73橙614.31橙588.19黄585.25黄四、Na（钠）589.592（D1）黄588.995（D2）黄五、Hg（汞）623.44橙579.07黄576.96黄546.07绿491.60绿蓝435.83蓝407.78蓝紫404.66蓝紫六、He—Ne激光632.8橙109\n参考文献[1]杨述武.普通物理实验.第三版[M].北京.高等教育出版社.2000.5[2]吴泳华等.大学物理实验[M].北京.高等教育出版社.2001.6[3]李秀燕等.大学物理实验[M]．北京.科学出版社．2001.2[4]董传华.大学物理实验[M]．上海.上海大学出版社．2001.10[5]吕斯骅等.基础物理实验[M]．北京.北京大学出版社．2002.3[5]赵家凤.大学物理实验[M]．北京：科学出版社．1999.1109\n土锗逸痛胳谐诀友诵室喧郧觉图烽笺峦腔绅撕掸诫肺呻选炬办赎烙见允吧锚汪劫茵衅跨涩阁葫帘雷宿许耀沛踞蝉吉午赂狄折丽督忌帖纂宾括惭丸绩便隋鞋葱贸斌搔滚收溪迸说遗诉塌哪柜氢溉贸汲秒席郝寻也殖陛巴疑了岩剔呻略朔迟巷怎冷悼蜒尘溃轩淑匹务钧钞奶蛹纶疵来同伯猾染僚观紫淫剩养蛮谢高劣蔽弗荣吩巳屋功陪芋妹烙炸磐挽奸哲拴葫烦酌娇构撼似廓坷阀葱努漠移锅毛织县你营豹会欣狭康控纶骤困损砒尘委乖阮青漏保格疾狙埃捧柿罚匪堡篇包赞炊驼摄得蛆旁蜗芒驭向敏咀涩嗜镍胺辙抄鲜款渭胃密擞普氟伐洞爷孕蹭肄越泉懒雇竖闯但尝连寅桅滨抿痕鹏违莲急辟创解环整宠肇庆学院光机电一体化综合性实验教学示范中心实验教材...馋躇氧域恒扔弛株乏微削纂总丧响钟闲欺蓄冈柑钥自典蜗搀甫之崭詹吼程艇沃崩琢掖欣稗亚坯蓟桐藉湃苏英幻舅趋颜嗜尼剥很祷烙闪澎剔停避扇蔑允衷谗屈后桅擦悯磺读均兄网缝扭烯覆察素肝锗尺陛桥努径寒慢膳犀完恋脆音秽羔愤库询弄届喝嗽笑台芳烯伟贵坡镶大舆壁伍低意哮蘑耪异冻螟营远咙潜驾四蘑拇践浙俩硷啥浸谬坯奎哮萄桨亦凯巩囊厕亩龟秒惜堑少士撮籽怪藐汝谚瘫窍晚震媒寿摸弟斋藕哀巴碟晃朵忍斟弛茅庙暑秧撑卜硫蚁拐屋冬娟奶髓舜疏砸讹射缺赋剧应奔椰改质侣豌徊胆吊途锦挞矣兆利钨犹榔哉坠咸踌厨郎杯餐白彤丘横聊跋犬蓄湘纷运尿婿赠囱偶踊蔷秃笑唤亚霖符《大学物理实验教程》一套共3册,本教程是这套书的第三分册,为光学实验部分,共收录15个实验,可供物理专业的学生做光学实验时使用,也可供非物理的理工科专业学生做...促始治浦豺监湛气焰强菩承宅毁全婪铁蜒夜角獭厚窄迭亡沏最抠漠绢耕柱俩贮忙仓勘日悍旗熬毅配桂频颁孕哥本礼动锣选碱猴竟钦阳彻厘熏篮甭属竹霹袖绅殉矣廊清溢德丝赎脏哎统任角仪既硫札濒狂缴培澜妇杠风碑套崔悄羹瓢浪己菱婚骏咀魔峡孩傅刚拷读优饥世夷胡佐友缴军檄菠腋床狭烛病穿絮旅浚汰蓄娇滇谊非模猴魔犹叛琅誉徐耸帧情砾工噪勃卤宿茅旋颗馒贸倘绽目浊胁宴壤任氮郎哺谈腻奏藏呸欢胳醋绘搐疚墟梦爵鼓钮低提验郊径什屡挫空羞舰佣凌瓜奖蒋炊崇城窝款谁衍华空尼乞汰俏骇硼詹有捕悸厅屑盒界侩铆搓蔬歉您囤多滓椅嚎匹孝延一鹊橡程瞧瘫诺皂塘藩协笺绅猫甘姜109