大学物理光学实验报告

实验10 :光栅衍射一、实验目的1 .观察光线通过光栅后的衍射光谱。2 .学习用衍射光栅测量光波波长的方法。3 .学会采用光栅衍射原理测量光栅常数。4 .进一步熟悉分光计的调整和使用方法。二、实验仪器分光计光栅钠灯平面反射镜三、实验原理光栅是平行地设置有多个等间隔、等宽度的狭缝的光学元件。 设狭缝宽度(使光透过的部分)为，设不使光透过的部分为晶格常数。垂直地照射单色光，使光透过各狭缝后，向各方向衍射，衍射光通过透镜聚焦后，相互干涉，在焦点平面上形成由相当宽的暗度区分的明亮条纹。衍射光线与光栅平面所成的角称为衍射角。 取衍射角的衍射光束通过透镜会聚到观察屏幕的点上。 p点出现亮条纹还是暗条纹取决于该衍射光的光程差。由于光栅为等宽度、等间距，因此任意两个相邻狭缝的衍射光的光路差相等，若光路差为波长的整数倍，则两个相邻狭缝的衍射光的光路差在p点出现明亮的条纹，即这就是晶格方程。由上式可知，只要检测某个次数的衍射角，就能够计算波长。四、实验步骤1 .调整分光计。使望远镜、平行光管、载物台处于水平状态，平行光管发出平行光。2 .设置格子将光栅放置在载物台上，垂直于光栅照射钠光。 可见明亮、细小的零级光谱，左右转动望远镜观察第一、二次衍射条纹。3 .测量并记录衍射光栅衍射的第一、二次衍射条纹的衍射角。五、数据记录级数次数左侧衍射条纹右侧衍射条纹二级一级0级一级二级第一一个下一次右读左侧读取值衍射角第一二下一次右侧读取值左侧读取值衍射角第一三下一次看右边的书左侧读书衍射角(右读) (右读)/4(右读) (右读)/4六、数据处理将上表中的各个代入格子方程式，计算6个波长()要计算平均波长：绝对误差： (取平均波长与6波长之差中最大的)相对误差：结果表明：七、思考问题实验11 :迈克尔逊干涉一、实验目的1 .掌握迈克尔逊干涉仪的干涉原理，学习如何使用2 .观察迈克尔逊干涉仪等时干涉的特点3 .测量激光的波长。二、实验仪器迈克尔逊干涉仪多光束激光电源三、实验原理迈克尔逊干涉仪的主要光路图是光谱板、补偿板。 来自激光光源s的光线1入射到在背面实施了镀膜的分束器中，分成光线2和光线3。 光线2被反射镜反射，反射后到达观测屏幕。 光线3透过，入射，反射，透过，反射。 光线2、3相遇，这两个相干光干涉。 这两种光被认为是从日本的虚像反射出来的反射光。 由于严格地垂直，所以所有平行的和反射光都穿过透镜在焦平面e上，具有不同入射角的光束在e的不同位置处形成等角条纹，其形状是一系列同心环。 当满足光程差时，在焦平面上形成明亮条纹。 时间。 移动时，可以看到干涉条纹从中心成圈的“突出”和“凹陷”，每次移动时，可以看到从中心成圈的“突出”和“凹陷”，因此可以通过测量移动的距离和条纹的变化数量来计算入射光的波长。四、实验步骤1 .调整干涉仪以调整干涉仪下的三个调平螺钉，使干涉仪处于水平状态。 转动粗调手柄使指针变为30-40。2 .调节设备，打开电源，点亮激光，使激光经过反射和透射，能够照亮和的大部分。 离开观测画面e后，可以看到和反射的2列光点、调节和后面的3根调节螺钉，2列光点中最亮的2个光点重叠。 从观测画面e可以看到干涉条纹。测量He-Ne激光波长对准刻度基准线零点，转动调整手柄，对准“0”刻度，转动粗调整手柄，使刻度线对准某个刻度。 旋转细小的手柄，使干涉条纹从中心旋转一圈，可以看到“突出”和“凹陷”。 以中心为黑点，记录的位置坐标。 旋转细操作框，将数据记录在干涉条纹绕中心旋转一圈的“出”或“凹陷”以及每个中心“出”或“凹陷”的100个循环中。 把数据记录十次。五、数据记录次数0123456789六、数据处理根据计算5个波长要计算平均波长：绝对误差： (取平均波长与5波长之差中最大的)相对误差：结果表明：七、思考问题实验12 :分光计的调节和使用一、实验目的1 .了解分光计的结构和各部件的作用2 .把握分光计的调节要求和调节方法3 .学习如何用分光计测量角度4 .学习测量棱镜顶角和最小偏转角的方法及测量该玻璃折射率的方法。二、实验原理1 .分光计的调节原理和要求分光计的观测系统由测光路径所在的平面、观察平面、读取平面构成。 沿平行光管的光轴射出的光、通过被测定元件的路径、反射光(或折射光)必须位于被测定光路所在的平面内。 当望远镜的光轴与仪表的旋转轴垂直时，观察平面是平的。 如果这三个平面彼此平行，则可以精确测量角度。2 .用反射法测量棱镜顶角如图所示，从平行光管出射的平行光在AB、AC面反射，放射光1、2的角度与棱镜的顶角、满足的关系、测量、计算。3 .用最小偏转方法测量棱镜的折射率入射光线与被棱镜折射的折射光所成的角为偏转角。 改变入射角度的话偏转角也会改变，入射角度为某个角度时偏转角最小。 写上。 棱镜的折射率三、实验仪器分光计钠灯双平面反射镜棱镜四、实验步骤1 .调节分光计调节目镜，可以清楚地看到隔板的图像。 调节物镜的焦距，前后移动物镜，调整得分黑板上可以看到清晰的绿十字架。 调节望远镜，转动刻度盘，调节望远镜下面的螺钉，使隔板上两次看到的绿十字架相对于隔板上面的水平线上下对称。 调节舞台下方的三个螺钉，使隔板上两次看到的绿十字架位于上方的水平线上。 拧松平行光管的紧固螺钉，前后移动平行光管，调节平行光管下方的螺钉，直至形成清晰的狭缝图像，使图像上下对齐。 此时，望远镜和平行光管都与载物台的旋转轴垂直。2 .测量棱镜顶角，用反射法测量2个反射光的角度，测量3次。3 .测量棱镜的最小偏转角，测量3次。五、数据记录测量棱镜顶角记录表测定次数望远镜位置1望远镜位置2左光标读取值右光标读取值左光标读取值右光标读取值123测量棱镜最小偏转角记录表测定次数望远镜在折射光的方向望远镜在入射光的方向上左光标读取值右光标读取值左光标读取值右光标读取值123六、数据处理1 .计算棱镜顶角的平均值及其误差。的双曲馀弦值。绝对误差=2 .计算棱镜顶角的最小偏转角平均值及其误差。的双曲馀弦值。绝对误差=3 .计算棱镜的折射率及其误差。相对误差=绝对误差结果显示七、思考问题实验13 :用牛顿环测量球面曲率半径一、实验目的观察研究(1)等厚干涉现象，加深对光波动性的认识。(2)掌握牛顿环测量透镜曲率半径的原理和方法，加强对等厚干涉原理的理解。(3)学习读取显微镜的使用方法。二、实验仪器读取显微镜钠灯牛顿环三、实验原理把曲率半径大的平凸透镜放在平板玻璃上就形成了牛顿环。 在平板玻璃和平凸透镜之间形成空气膜，以接触点为中心的圆周上的各点处空气膜的厚度相等。 如果用平行单色光垂直入射，则入射光在该胶片的上下两面反射，产生具有一定光路差的2个相干光。 透镜表面形成以接触点为中心的明暗之间的同心圆环，这种圆环图案被称为牛顿环。从膜干涉可知，在空气膜上下两面反射的2个反射光的光路差与明筋和暗筋相对应的条件是（）由几何图形可见，应忽略，代入上述浓淡的干涉条件把半径变成直径Dn2个X1 Dm X2由上式可知，只要测量两个暗环的直径，就能够通过知道钠光的波长()来测量曲率半径。四、实验步骤。(1)将牛顿环装置放在显微镜下，调节半透半反镜，使钠黄光充满整个视野。(2)调节显微镜筒，使十字线和干涉条纹清晰可见，然后移动牛顿环，使十字线的交点位于中心零级暗点内，并且使一条交叉线与显微镜的移动方向垂直。(3)旋转微鼓轮，使十字线向