用双棱镜测量光的波长.doc

用双棱镜测量光的波长实验目的：1、 验证光的波动性，了解波前分割获得相干光的原理；2、 通过用菲涅耳双棱镜对钠灯波长的测量，掌握光学测量的一些基本技巧，培养动手能力。实验仪器光具座 双棱镜 测微目镜 钠光源 可调狭缝实验原理菲涅耳双棱镜（简称双棱镜）实际上是一个顶角极大的等腰三棱镜，如图1所示。它可看成由两个楔角很小的直角三棱镜所组成，故名双棱镜。当一个单色缝光源垂直入射时，通过上半个棱镜的光束向下偏折，通过下半个棱镜的光束向上偏折，相当于形成S1和S2两个虚光源。与杨氏实验中的两个小孔形成的干涉一样，把观察屏放在两光束的交叠区，就可看到干涉条纹。 图1其中，是两虚光源的间距，D是光源到观察屏的距离，是光的波长。用测微目镜的分划板作为观察屏，就可直接从该测微目镜中读出条纹间距x值，D为几十厘米，可直接量出，因而只要设法测出，即可从上式算出光的波长，即 , =xd/D （1）测量的方法很多，其中之一是“二次成像法”，如图2所示，即在双棱镜与测微目镜之间加入一个焦距为的凸透镜L，当D4时，可移动L而在测微目镜中看到两虚光源的缩小像或放大像。分别读出两虚光源像的图2二次成像光路间距1和2，则由几何光学可知： （2）实验装置本实验装置由双棱镜、测微目镜、光具座、线光源和透镜等组成。测微目镜是用来测量微小实像线度的仪器，其结构如图3所示，在目镜焦平面附近，的一块量程为8mm的刻线玻璃标尺，其分度值为1mm（如图3（）中的8条短线所示）在该尺后0.1mm处，平行地放置了一块分划板，分划板由薄玻璃片制成，其上刻有十字准线和一对双线，人眼贴近目镜筒观察时，可同时看到这块分划板和玻璃标尺的刻线，如图3（）所示，分划板的框架与读数鼓轮相连，当读数鼓轮旋转时，分划板会左右移动：鼓轮每转一圈（100小格），分划板移动1mm（即每小格0.01mm）,测量微小实像时，先调节目镜与分划板间的距离，使能清晰地观察到分划板上的准线；然后调节测微目镜与待测实像的距离使实像也清晰并与准线无视差；以后旋转鼓轮使准线对准待测像的一边，读下此时玻璃标尺的读数和鼓轮读数；再旋转鼓轮使准线对准待测像的另一边，读下玻璃标尺的读数和鼓轮读数；最后把前后两次读数相减，即得待测像的长度。测微目镜的不确定度值为0.004，测量时应注意鼓轮必须同一方向旋转，中途不要倒退，以避免螺距误差。图3测微目镜结构实验内容和步骤一、观察双棱镜干涉现象（1）打开光电源。在光具座上依次安放光缝、双棱镜、测微目镜，使两束光的光斑交叠区进入目镜的中心。（可用小纸片观察，判断交叠区是否进入目镜的中心）（2）减小狭缝的宽度至从测微目镜中刚能看到交叠区的亮光。（3）缓慢调节狭缝的方向，直至与双棱镜的棱边平行，此时在测微目镜中应可观察到干涉条纹。（4）改变光源、狭缝、双棱镜和测微目镜的位置，观察、记录与分析干涉条纹的改变情况。二、测量钠灯黄光的波长（1）估测透镜的焦距。（2）调节双棱镜的位置，使透镜与狭缝的距离小于2，以便能用二次成像法测。（3）以钠灯为光源，在条纹保持清晰的条件下，逐渐移远测微目镜，使条纹变宽而仍清晰。（4）在测微目镜中读出5个以上条纹的间距，从而求得值。重复测量5次以上。（5）在光具座上分别读出测微目镜和狭缝的位置，由此算出D及其不确定度。（注意：光具座上只能读出各基座中心位置的刻度，而测微目镜的分划板位置与其基座的中心位置并不重合，狭缝的位置与其基座的中心位置也不一定重合，因此，应对上述刻度值进行修正，才能得到D）。（6）把测微目镜移到离狭缝略大于4的位置。（7）在测微目镜与双棱镜之间加上透镜L并前后移动，当两虚光源在测微目镜的分划板上清晰成像时，分别测出缩小像和放大像d1、d2。（注意：由于清晰成像的位置不易确定，故d1和d2都要移动透镜，反复测量5次以上求平均，以A类不确定度代替B1类不确定度。）（8）求出钠灯黄光的波长及其不确定度。（注意：请自行导出u(x)、u(D)、u(d1)和u(d2)传递至u()的公式）。测量时还应注意：1.二次成像法测虚光源的间距时，小像不宜太小，以减小测量误差。2.测量缝与测微目镜分划板间距D时，有二修正量须测量。 （1）测微目镜分划板与滑块座刻线间距D1； （2）缝镀膜层与滑块间距D2。计算DDD1D2实际上测微目镜内测量准线位置与测微目镜滑座上刻线差值D1=-3.50cm，缝与滑块间距D2=2.50cm。思考题1.为什么狭缝宽度较大时干涉条纹消失？2.为什么狭缝方向必须与双棱镜的棱边平行才能看到干涉条纹？3.如果双棱镜反面（即让光从A处入射）安放，对实验结果有何影响？4.本实验中认为虚光源和真正的光源（狭缝）与观察屏的距离是相同的，这是一种近似。请证明，虚光源与观察屏的距离应为21212DddddD-+=，其中D2是两次成像时透镜移动的距离。但本实验中，为什么不用此法求D？（提示：从不确定度的大小考虑）5.若要求光波波长测量误差在1%左右，请考虑测量x、d、D时各量允许误差的分配方案。实验数据例钠光灯作光源，双棱镜干涉实验测钠光波长。干涉条纹宽度x的测量结果见表1。表1序数读数1/mm序数读数2/mm20条干涉条纹宽度K1K2K3K4K51.7441.9082.0722.2522.442K1+20K2+20K3+20K4+20K5+205.2245.4155.6125.7805.9603.4803.5073.5403.5283.518203.5146；0.1757 狭缝的滑座上指示读数与测微目镜上滑座上指示读数差值L148.20cm， 48.20cm3.50cm51.70cm。（缝镀膜层正好与滑块刻线对齐，修正量为零）用二次成像法测量虚光源的像的结果见表2。 表2序数放大像/mm缩小像/mm读数1/mm读数2/mm/mm读数1/mm读数2/mm/mm123455.1825.1825.1785.1775.1827.5127.5087.5137.5187.5004.6224.