大学物理光学实验报告材料

1、2杠22a32)S3态,实验十：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 ?学会用光栅衍射测定光波波长的方法。3 ?学会用光栅衍射原理测定光栅常数。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光灯平面反射镜三、实验原理光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。 设狭缝宽度(透光局部) 为a，不透光局部为b，那么a b为光栅常数。设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干预，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为二的一束衍射光经透

2、镜会聚到观察屏的点。在P点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍 射光 的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光 程差为(a b)sin二，如果光程差为波长的整数倍，在 P点就出现明条纹，即(a b)sin :- -k (k =0,1,2,川)这就是光栅方程。从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。四、实验步骤1、调整分光计。使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状平行光管发出平行光。2、安置光栅将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动镜观察第一、 二级衍射条纹3 ?测定光栅衍射的第一、二

3、级衍射条纹的衍射角二，并记录五、数据记录级数、怜A左边衍射条纹右边衍射条纹1丿、幵、第二级日2第一级日10级第一级？第二级比第右边读数左边读数次衍射角日1 =日2 =第右边读数左边读数次衍射r角日1 日2 =第右边读书次左边读 书衍射角日1 =02 =M ="(K -亠'右边读数+ 八_ -1右边读数/4玉=二2-二2 右边读数+ 二 2二2 右边读数/4六、数据处理1将上表中的弓、二2分别代入光栅方程a b si-k'计算出6个波长，a b mm 300'二,2二, 3二,4二'5.'6.计算平均波长：一二绝对误差：取平均波长与6个波长的差中

4、的取大者丄斗E 二一100%:相对误差：/u q-结果表示：，；二、；nm =1nm。七、思考题实验八一：迈克尔逊干预亠、实验目的1、掌握迈克尔逊干预仪的干预原理，学习其 使用方法；2、观察迈克尔逊干预仪的等顷干预的特点；3、测量He -Ne激光的波长。二、实验仪器迈克尔逊干预仪多光束激光电源三、实验原理迈克尔逊干预仪主要光路如图，G为分光板，为补偿板。由激光源S发出的光线1入到反面有镀膜的分束镜G上，光线被分为光线2和光 线3光线2由G反射到反射镜再经M反射，穿过G到达观测屏E。光线3由G透射,经G2入射到M2上，经M2反射，穿过G2，由Gi反射到E。光线2, 3在E相遇，这两束相干 光产生

5、干预。这两 束光可以认为是从 Mj和M2的虚象M2反射的反射光。由于 Mj和M2严格垂直，因此Mi和M2严格平 行，所有经Mi和M2的反射光经透镜会聚到焦平面 E上，不同入 射角的光线会聚到E的不同位置， 相同入射角的光线形成等倾条纹，其形状为一系列的同心圆环。当入射角为i时，光程差满足=2dcosi时，在焦平面上形成亮条纹。i=0时，:=2d二N'。当Mi移动时，可以看到干预条纹从中心一环一环的“冒出或“陷进，Mi每 移动 /2，中心就会“冒出或“陷进一环条纹，因此测量Mi移动的距离-d和条纹变化 的条数N可以计算出入射光的波长，即=2卫。AN四、实验步骤1、 调整干预仪调整干预仪下

6、面的三个调平螺钉，使干预仪处于水平状态。转动粗调手轮使Mi的指针在30-40 mm。2、 仪器调节翻开电源，点亮激光器，使激光经Gi反射和透射后能照亮 Mi和M2的大局部.移开观测屏E,可以看到由Mi和M2反射的两排光点，调节 Mi和M2后的三个调节螺 钉，选两排光点中亮度最大的两个光点重合。从观测屏E上能看到干预条纹3、测量He-Ne激光波长刻度基准线零点校准，转动微调手轮使对准“0刻度，在转动粗调手轮使刻度线对准某一刻度。转动细调手轮，直到能看到干预条纹从中心一环一环的“冒出或“陷进 。并将中 心 调为暗斑，记录Mi的所在位置坐标。转动细调手轮，使干预条纹从中心一环一环的“冒出或“陷进，每

7、中心“冒出或“陷进 100个环记录一次数据。记录10次数据。五、数据记录次数0123456789dj(mm)也 di =dA di六、数据处理根据“2“° nm计算出5个波长500计算平均波长：一二绝对误差：也扎二取平均波长与5波长的差中的最大者相对误差：E学=10°%二/u n结果表示： =；.二、nm 二nm。七、思考题实验十二：分光计的调节与使用，、实验目的1、了解分光计的结构及各部件的作用；2、掌握分光计的调节要求和调节方法；3、学会用分光计测量角度的方法；4、学会测量棱镜顶角和最小偏向角的方法及其测定玻璃折射率的方法。1、实验原理1、分光计的调节原理和要求2C分光

8、计的观测系统由待测光路所在平面、观察平面和读数平面组成。 沿平 行光管光轴出射的光线、在待测元件中走过的路程和反射光或折 射光应在 待测光路所在平面内。当望远镜光轴和仪器转轴垂直时，观 察平面是平的。以 上三个平面相互平行时，才能精确测量角度。2、用反射法测量三棱镜顶角由图可知，平行光管射出的平行光经 AB AC面反射，可证，放射光线1、2的夹角 与棱镜顶角：？，满足，=2的关系，测出，可算出:-3、用最小偏向角法测三棱镜的折射率入射光线和经三棱镜折射后的折射光之间的夹角为偏向角。改变入射角度时，偏向 角也min sin2 CLsin2跟着改变，当入射角为某一角度时，偏向角最小。记为rin。那

9、么棱镜的折射率为n三、实验仪器分光计钠光灯双平面反射镜 三棱镜四、实验步骤1、调节分光计调节目镜，能看清楚分划板成像清晰。调节物镜焦距，前后移动物镜，使分 划板上能看到清晰的绿色十字架。调节望远镜，转动刻度盘，调节望远镜下的螺钉，直 到使分划板上两次看到的绿色十字架关于分划板上的上一条水平线上下对称。调节载物 台下的三 个螺钉，直到分划板上的两次看到的绿色十字架都位于上一条水平线上。松开 平行光管上的 紧固螺钉，前后移动平行光管，直到能清晰的狭缝的像，调节平行光管下 的螺钉，使像上下 适宜。此时，望远镜、平行光管都与载物台转轴垂直。2 ?测量三棱镜的顶角，利用反射法测量两条反射光夹角，测量三次

10、3、测量棱镜的最小偏向角，测量三次实用文档五、数据记录测量棱镜顶角记录表测量次数望远镜位置1望远镜位置2左游标读数?1右游标读数4左游标读数A '右游标读数爲123测量棱镜最小偏向角记录表测量次数望远镜位于折射光方向望远镜位于入射光方向左游标读数鸣右游标读数申2左游标读数鸣右游标读数？ 2 '123六、数据处理1计算棱镜顶角平均值及其误差17( -') * ( ： 2 - : 2 '),三组数据三个:值433 一 1) a sin 2、计算棱镜顶角最小偏向角平均值及其误差。1希=1 ('1 - : 1)( 2 - : 2):,三组数据三个：？值。25+5

11、+5J/I Aot 2 A 6,2 相对误差 E -(二 Y a6min (minimJ 、?. mjn 一二 3 miA二绝对误差厶 Fn 3 -1 j 吕33、计算三棱镜的折射率及其误差.+a min sin实用文档七、思考题实验十三：用牛顿环测球面的曲率半径亠、实验目的(1) 观察和研究等厚干预现象，加深对光的波动性的认识。(2) 掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的原理和方法，加强等厚干预原理的理解。(3) 学习掌握读数显微镜的使用方法。】、实验仪器读数显微镜钠光灯牛顿环三、实验原理将一曲率半径很大的平凸透镜放在一平板玻璃上，就组成了一个牛顿环。在平板玻璃与平凸透镜之间就会形成一层空气薄膜，

12、以接触点为中心的任一圆周上各点，空气膜的厚度都相等。当以平行单色光垂直入射时，入射光将在此薄膜上下两外表反射，产生具有一定光程差的两束相干光。在透镜外表就会形成以接触点为中心的明暗相间的一组同心圆环，该圆环图样称为牛顿环。由薄膜干预可知，空气薄膜上下两外表反射两束反射光的光程差=2e ?2对应于明条纹和暗条纹的条件为 :=2e(k =0,123 川)2|(2k + 1):L 22根据几何图形可知：R2二 r2? (R - e)2二 r2 ? R2 -2Re - e 2，忽略 e2，得 e 二-代入上面2R暗纹的干预条件，得r2 =kR，将半径换成直径，得Dm =4mR'，Dm =4mR'R =()A:RXXJ-广匸亠X i UDm d 茨实用文档从上式可知，只要测出两个暗环的直径，钠光的波长589.3nm 就可测出曲率半径 R四、实验步骤。1把牛顿环装置放在显微镜下，调节半反射镜使钠黄光能充满整个视场。2 调节显微镜筒，能清楚地看到十字叉丝和干预条纹， 然后移动牛顿环，使十字叉丝 的 交叉点在中心零级暗斑内，而且使一条叉丝垂直于显微镜移动方向。3转动测微鼓轮，使十字叉丝向某一方向移动，测出某些暗环的直径。要求从一边的第35环开始数，第30环开始记录，每5环读一次数，记录一次，直到另一边的第 30环。4按照步骤3再作一次。五、数据记录单位：mm环数次数