双棱镜正反面对测量的波长影响1.doc

长三角人力资源网（） 最真实的招聘求职平台双棱镜正反面放置对测量光的波长影响 实验者班级 ：A09轮机一班 姓名：杨俊杰 学号090204114 同组者：班级：A09轮机一班 姓名：吴诗强 指导老师：赵仲飚【摘要】双棱镜干涉法求钠灯的光波波长实验中，双棱镜有正反面，本文利用双棱镜的这一特点，研究正反放置对实验结果的影响。【关键词】条纹间距；虚光源；双棱镜。【引言】 在光学的发展中，波动光学一直占有相当重要的地位，特别是在托马斯杨的双缝干涉，成功的验证了光的波动学说，并成为波动光学的的经典。随后许多科学家运用相同原理进行干涉试验，以杨氏干涉为代表的干涉我们称之为分波面干涉。通过理论推导，我们可以利用此原理进行光波长的测量。【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x= , =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： 【实验测量】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。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）将双棱镜反置按以上步骤记录数据（9）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。数据处理：实验数据：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（双棱镜正放）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(K1+20)-K1=5.224-1.744=3.480mm(K2+20)-K2=5.415-1.908=3.507mm(K3+20)-K3=5.612-2.072=3.540mm(K4+20)-K4=5.780-2.252=3.528mm(K5+20)-K5=5.960-2.442=3.518mm 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（双棱镜正置）序数放大像/mm缩小像/mm读数1/mm读数2/mm读数1/mm读数2/mm123455.1825.1825.1785.1775.1837.5127.5087.5137.5187.5062.3302.3262.3312.3362.3244.6224.6424.6844.6924.6855.9105.9185.9665.9685.9691.2881.2761.2821.2841.284最 佳测量值2.3291.281放大像： 缩小像： 将上述结果带入公式中： 钠光的标准值=589.3nm，两者的百分误差为：二次成像法测量虚光源的像的结果见表3。 表3（双棱镜反置）序数放大像/mm缩小像/mm读数1/mm读数2/mm读数1/mm读数2/mm123455.1745.1875.1855.1775.1837.5187.5087.5147.5097.5142.3442.3212.3292.3322.3314.6274.6464.6844.6944.6875.9055.9175.9665.9645.9691.2781.2711.2821.2701.282最 佳测量值2.3311.277放大像： 缩小像： 将上述结果带入公式中: 钠光的标准值=589.3nm，两者的百分误差为:【总结】在双棱镜测量光的波长实验中双棱镜正置和反置的对测量结果的影响不大。双棱镜角及折射n，在1到5度之间，正置成像反置成像 由光学课本及图中的几何关系知：将代入中得： 当在1到5度之间是对双棱镜的测量结果的几乎不产生影响所以在实验时不必按实验原理图中在测量出钠光的波长在用二次成像法测虚像的距离时将双棱镜反置，同时将双棱镜反置测量时会增加误差，导致对光的波长产生一定系统误差增加。所以在用双棱镜测量光的波长是建议最好不要按照实验原理图先见双棱镜正放在将双棱镜反置会增加系统误差。【参考文