第二轮光学实验讲义

1、第二轮光学实验讲义1第1页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日第二轮光学实验1、用双棱镜干涉测钠光波长（实验七）2、用透射光栅测定光波波长（实验九）第2页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日实验目的 1学习利用光的干涉现象测量光波波长的方法。 2了解双缝的干涉条件及在实验中如何实现。 3掌握实验光路的调节和测微目镜的使用。实验七.用双棱镜干涉测钠光波长第3页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日基本要求双棱镜及其干涉测波长的原理。同轴等高调节方法。测微目镜的使用方法。调出并测量条纹间距和虚光源间距的方法。观察干涉条纹的特点以及条纹间距影响因素

2、。第4页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日元件： 双棱镜（折射棱角 1）。 单缝（调宽度、调竖直度）。 测微目镜（测长度的方法）。第5页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日MCU-15型测微目镜的外型和结构如图所示测微目镜由目镜光具组、分划板、读数鼓轮和接头装置组合而成。预习测微目镜的使用注意：防止回程误差第6页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日测微目镜中的视场第7页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日一. 实验内容及操作实验装置如图所示：1.说明：(1)本装置与教材介绍的略有不同，主要是在光源与狭缝之间的透镜不使用，

3、其余都相同。 (2)狭缝：狭缝是一个缝宽和狭缝取向都可调节的装置，狭缝平面和滑块中心不在同一平面上，所以必须引入修正量(33.5mm或39.5mm)。双棱镜干涉条纹（非定域干涉）第8页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日(3)测微目镜：测微目镜的测量平面(测量平面)和滑块中心不在同一平面上，由此引入修正量为29.5mm。(4)双棱镜：由于双棱镜的楔角很小，所以实际的双棱镜是很难判断棱脊在哪一面，但这不会影响实验的个结果，棱脊朝向哪一边都是无关紧要的，正如教材上的图7-1和7-3那样。第9页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日2.实验原理双棱镜干涉与双缝干涉类

4、似，条纹间距为(其中d为两虚光源的间距)由此可知，只要测出D、d 和x，即可计算出光波波长。 从单缝发出的光径双棱镜折射后形成两束犹如从虚光源发出的频率相同，振动方向相同，并且在相遇点有恒定的位相差的相干光束，它们在空间相遇，则形成干涉条纹。第10页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日共轴等高：可先将光具座上各元件紧靠在一起，用目视调整它们等高；点亮光源，照亮狭缝，用白屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区（应更亮些）？叠加区能否进入测微目镜？当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左右（或上下）偏移？根据观察到的现象，进行判断，进行必要的调节使之共轴。(1)共轴等高调节

5、(按教材进行)。3.操作：按图放置好实验器材。第11页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日再按图放置，狭缝与双棱镜的间距约为30cm。然后手执白屏检查。注意：移动光源使亮线在光斑中间；双棱镜放在横向可移动的滑块上；测量d 时所用的透镜最好也放在可移动的滑块上。(2)调节干涉条纹：调节狭缝宽度和方位(不是调节双棱镜)，使干涉条纹清晰、明亮。(3)测量D：单次测量D，误差不计。(4)测量x ：用测微目镜测出明纹的距离，再除以10即得x。重复3次。(5)测量d ：按教材进行。第12页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日由此计算d ：(6)计算光波波长。在双棱镜和测

6、微目镜之间，移动透镜，虚光源可在目镜的分划板上分别成一大一小的两次实像，两虚光源的两次实像间距分别为d1或d2。将测微目镜的叉丝交点分别与狭缝的两个虚像的内侧重合，测出d1或d2，重复3次。注意事项：(1)要使狭缝与棱脊平行。(2)使用测微目镜时要防止回程误差。(3)测量x和d1和d2的过程中，狭缝和双棱镜之间的距离是绝不能变动的！在测量d1和d2时，测微目镜与狭缝的距离要超过焦距的4倍。第13页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日数据表格：(仅供参考)用双棱镜干涉测钠光波长第14页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日实验结果：第15页，共37页，2022年

7、，5月20日，22点3分，星期日分光计操作考试要求：分光计调节到工作状态实验九. 用透射光栅测定光波波长第16页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日一、光栅衍射的原理多缝夫琅和费衍射（平行光衍射）缝数为N光栅常数：d=b+a 第17页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日1、光强分布 (1)先设想将衍射屏上的各缝除任意一条之外都遮住，这时接收屏上呈现的是单缝衍射花样。光强的分布即衍射花样仅取决于衍射角 ，当只有单缝上下平移时，衍射花样不变，因此：若让 N 条缝轮流开放，幕上获得的花样是完全一样的。分析：第18页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星

8、期日2、光栅方程：若衍射角为 的光束经透镜会聚后互相加强，则角 必须满足关系式光栅方程：第19页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日 光栅衍射光谱示意图第20页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日(2)将光栅按图放置在平台上，转动内盘(载物平台)，使在光栅的两面都能看到反射的“绿色小十字”，调节b2或b3，使“绿色小十字”和目镜中的调整叉丝重合。二.实验内容及操作要求1.分光计调节到工作状态。2.光栅位置调节(1)调节分光计后，使望远镜对准准直管，固定望远镜。第21页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日(3)转动望远镜和平台，使“准直管狭缝

9、像”、“叉丝的竖直线”和“绿十字竖直线”三者重合。三线合一第22页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日(4)固定内盘(平台)，转动望远镜观察光谱，如果左右两侧的光谱线相对于目镜中叉丝的水平线高低不等时，说明光栅的衍射平面和观察面不一致，此时可调节b1，使光谱中心线和水平叉丝线重合。(5)当步骤(4)完成后，步骤(3)的效果会被破坏掉，所以要重复步骤(3)。第23页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日3.测定光栅常量d透射光栅是由一系列等间距、等宽度的狭缝组成。当一束平行光照射，就形成了一系列相干的细带波源。这些细带在方向传播的光相干叠加。在衍射理论中，当光栅

10、常量d与光的波长及衍射角之间的关系满足可以看出，对于第一级光谱( k = 1 )，如果已知波长，则只要测出该光的衍射角，即可求出光栅常量d。出现主最大在透镜的焦平面出现衍射亮条纹(谱线)。第24页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日操作：转动望远镜到光栅的一侧(T1方向)，使叉丝的竖直线对准汞灯光谱中的绿色谱线(波长为546.07nm的第一级光谱)的中心，记录两游标值v1和v2，将望远镜转向光栅的另一侧(T2方向)，同样使叉丝的竖直线对准绿色谱线，记录两游标值v1和v2，则T1方向与T2方向的夹角就是衍射角 的二倍(2 )，重复3次。由此计算光栅常数 d ：第25页，共37页

11、，2022年，5月20日，22点3分，星期日4.测量未知波长本实验要求测出一条“紫光”、两条“黄光”谱线的衍射角，并根据已算出的 d ，由光栅方程计算它们的波长。5.计算光栅的第一级角色散将光栅方程 对波长微分，可得光栅的角色散使用汞灯光源，已知一级光谱中两黄线的波长差为=2.11nm(或2.06nm)，结合测得的两黄线的衍射角之差=(1-2)，求角色散(二级不要求)第26页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日深紫紫色蓝绿绿色黄1黄2中央无色散弱紫弱蓝绿第27页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日实验十.用透射光栅测定光波波长实验结果1：第28页，共37页，

12、2022年，5月20日，22点3分，星期日第29页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日实验结果2：绿光：光栅常数：紫光：第30页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日黄光1：黄光2：第31页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日光栅的一级角色散：第32页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日六、误差分析指南1、入射平行光不垂直光栅平面而引入的误差。当入射光与光栅法线成 0角时，对d=1/600mm的光栅来说， 0 =3相对误差可算出是0.16%，可见偏离角度不大时此误差可以忽略不计。2、如果把光栅放反了，即把涂着药膜的一面对着平行光管，相当于在光路中加了一层介质（如玻璃），由于介质的折射使衍射光线平移了一个距离，介质的两个面是平行的，那么透过介质后的衍射光线的角度不变，因此经望远镜后会聚后在分划板上的位置也不会改变，对实验结果没有影响。3、波长是实验室准确给出的，故本实验的主要误差来源是衍射角 的测量。第33页，共37页，2022年，5月20日，22点3分，星期日复习思考题1、本实验的相干光是如何获得的？2、狭缝的宽度对光谱的测量