普物光学实验复习及答案

普通物理光学实验复习题1．双棱镜测光波波长仪器：单色光源、凸透镜2片（其中一片用于会聚光，增加照射中狭缝上的光强）、可调狭缝、双棱镜、测微目镜、光具座、滑块、手电筒等。1） 画出实验光学元件摆放图，如不是同时放置的元件可用虚线表示，在图上用字母标出需要测量的有关物理量及其在光路中的作用。2） 写出测量光波波长的计算式。3） 按光路摆放元件并调节光路，调出干涉条纹（需老师检查），调出虚光源大像和小像（老师检查）。4） 记录数据，计算光波波长。5） 双棱镜是怎样实现双光束干涉的？干涉条纹是怎样分布的？干涉条纹的宽度，数目有哪些因素决定？单缝光源经双棱镜形成两个相干虚光源，从而在光源另一侧产生平行的明暗相间的干涉条纹。干涉条纹宽度随光源和双棱镜的距离a增大而增大,而干涉条纹数随测微目镜到双棱镜的距离b增大而增多。6） 使干涉条纹清晰的主要调节步骤是什么？狭缝宽度足够窄且双棱镜的棱边与狭缝严格平行7） 测微目镜的分度值为0.01mm，量程为8mm。2・调节分光计并用最小偏向角法测定样品折射率仪器：分光计、钠光灯、毛玻璃、平面反射镜、三角玻璃砖、小木块、胶泥。1） 分光计由哪几部分组成,各部分的作用是什么?分光计由四个部分组成：望远镜、平行光管、载物台、读数圆盘。望远镜是用来观察和确定光线进行方向的。调节要求是使望远镜聚焦于无穷远（调好后从目镜中同时看清叉丝和叉丝的像,且两者无视差）和望远镜光轴垂直于仪器转轴（旋转载物平台180°,从平面镜两个镜面反射回来的亮“十”字像始终落在“丰”准线的上线上）。平行光管用来获得平行光束的。调节要求是使其发出平行光（调好后从望远镜中看到清晰狭缝像且与双十字叉丝无视差）,并使其光轴垂直于仪器转轴（水平狭缝像与下叉丝水平线重合）。载物台用来放置棱镜、光栅等光学元件。读数圆盘用来记录望远镜的转角。2） 测量前调节分光计以达到哪些要求？或分光计调好后应满足的条件是什么？三个要求：（1）望远镜聚焦于无穷远、平行光管出射平行光；（2）望远镜、平行光管光轴垂直于平台中心转轴；（3）待测元件的光学面平行于中心转轴。3） 调节分光计的基本要求：（1） 调节望远镜聚焦无穷远，调好的标志是“丰”叉丝线和亮“+”字反射像最清晰且两者无视差。调节目镜使双十字叉丝清晰，调节望远镜调焦旋钮对绿十字像对焦清晰，且双十字叉丝与绿十字像无视差。（2） 调节望远镜光轴垂直于仪器转轴，调节望远镜倾角螺丝和载物台调节螺丝，调好的标志是旋转载物平台180°，从平面镜正反面反射回来的绿“+”字像始终落与分划板双十字叉丝的上交点重合。（3） 调节平行光管产生平行光，并使其光轴与望远镜光轴重合，调好的标志是狭缝像的中心位置与“丰”准线的下线重合。调节平行光管的倾角螺丝和调焦旋钮可实现目标。（4） 调节三棱镜的主截面垂直于仪器转轴，调好的标志是：从三棱镜两个侧面反射的亮“十”字像均在“丰”准线的上线上。调节载物台调节螺丝可实现目标。4） 分光计的刻度圆盘分度值为：0.5°，游标分度值为：H。5） 转动平面镜时，目镜中的“+”字像的运动轨迹与双十字叉丝的上水平线不平行，原因何在？如何解决？由于望远镜中的“丰”水平叉丝线不水平所致。转动望远镜筒使“丰”水平叉丝线水平6） 如何判断物和像（如“+”字和它的反射像）是否在同一平面内？怎样判断分划板准线与反射十字像哪个距自己更远？若发现反射像更远，应怎样调节分划板？根据“视差”现象判断，眼睛左右移动，若亮“十”字反射像与咛”准线无视差则物像共面：若有视差，眼睛左右移动时，同向移动的远，反向移动的近：若发现反射像更远，向里移动目镜镜筒，直到分划板准线与反射十字像无视差为止。7） 调节分光计时，平面反射镜转180°前后，两个反射像均位于“牛”叉丝上线MN下方且与MN线的距离相等，说明平面镜镜面与仪器转轴平行，而望远镜光轴与镜面不垂直。此时只需调节:望远镜倾角调节螺丝。8） 调节分光计时，平面反射镜转180°前后，两个反射像分别位于“丰”叉丝上线MN的上下方且与MN线的距离相等，说明望远镜光轴与仪器转轴垂直，而平面镜镜面与仪器转轴不平行。此时只需调节载物台调节螺丝使平面镜镜面与仪器转轴平行。9） 调节分光计时，平面反射镜转180°前后，两个反射像分别位于“丰”准线上线MN的下方a和5a处，试问：a） 平面镜是否平行于转轴？否b） 望远镜是否平行于转轴？否c） 设计一种方法，使望远镜光轴与仪器转轴垂直的调节最快速，用简图（如下）说明。d） 设计一种方法，使三棱镜的主截面与仪器转轴垂直的调节最快速，用简图（如下）说明

图日:载物平台反射镜EF三棱镜图日:载物平台反射镜EF三棱镜c） 请将平面镜EF按正确位置放在平台上（在图B中画出），说明这样放置的原因。将EF平行于两个调节螺丝连线摆放，此时只需调节一只螺丝就可改变平面镜对望远镜光轴的倾角。d） 请将三棱镜按正确位置放在平台上（在图B中画出），说明这样放置的原因。三棱镜主截面的三条边分别于调节螺丝连线垂直，此时把二维调节问题简化为两个独立的一维调节。10.名词解释1） 自准直法：通过调节实验装置本身，使发光物体位于透镜的焦平面而产生平行光，以达到调焦的目的。用自准直法测透镜焦距快捷、简便。2） 视差（见测微目镜调节方法）：视差为一种视觉的差异现象。设有离观察者眼睛远近不同的物体A和B,如下图所示，当眼睛沿着垂直于AB连线的方向移动时，将观察到物体A和B之间有相对移动。离眼睛近的物体A的移动方向与眼睛移动方向相反，离眼睛近的物体B的移动方向与眼睛移动方向相同，这种现象称为视差。当A、B重合一起时，观察者的眼睛左右移动时，物体A和B之间不产生相对移动，则说A和B无视差。3）扩展光源：由无穷多点光源组成的光源，如钠光灯.12.简述分光计的调整过程。3．薄透镜焦距的测定1） 列举凸透镜焦距测量的方法，画出测量光路图（标出各测量量）。（1）自准法（2）物距、像距法（3）共轭法（贝塞尔法、大小像法，位移法）2） 共轭法测凸透镜焦距的优点：把焦距的测量归结为对于物面、像屏间距L及透镜两次成像位置之间的距离的精确测量，避免测量物距、像距时由于估计透镜光心位置不准确所带来的误差。3） 在许多几何光学实验中都要求调节光学系统共轴，为什么？调节共轴有哪些要求？怎样调节？光学系统共轴：指光学系统中各透镜光轴与物面中心重合，且与光具座导轨平行，物面、屏面垂直于光轴。调节方法：粗调：将各光学元件及物、屏放置于光具座上，使之靠拢。用眼睛观察，使各元件中心大致与导轨平行的同一条直线上，且使物屏、透镜和像屏的平面相互平行并垂直于导轨。细调：利用透镜成像规律进一步调节光轴共轴。如共轭法测透镜焦距实验中，若物面中心偏离透镜光轴，则两次成像的中心必不重合。具体调节方法是：成大像时，调节物的左右高低，使像中心位于屏中心；而成小像时，则调节透镜，使小像中心与屏中心重合，反复多次调节至大、小像中心重合。4）共轭法测凸透镜焦距时，物和像屏的距离必须满足什么条件？为什么？共轭法测凸透镜焦距时，物和像屏的距离必须满足条件L4f,此时物和像屏之间透镜有两个位置能成像，其中一个成放大倒立实像，另一个成缩小倒立实像。5） 什么叫左右逼近法?为什么要用左右逼近法?扼要叙述左右逼近法的进行过程。在调节透镜成像过程中，先后使像屏自左向右和自右向左移动，并确定在移动过程中成像开始清晰的两个位置，取其平均值即为所求成像清晰的位置。采用左右逼近法测像距可避免在透镜成像过程中由于不能正确判断清晰成像位置而导致像距的测量误差较大。6） 在自准法测凸透镜焦距中，物与像的关系如何?等大倒立实像物距、像距法测凹透镜的焦距时，将凸透镜放在什么位置时方能使实验进行比较顺利并且误差较小?7） 列表写出物距不同时的像距和像的性质、特点（正倒立、大小像、虚实像）。表：透镜成像规律物体到透镜的距离U像的大小像的正倒像的虚实像的位置像到透領的距离丫应用实例u>2f缩小倒立实像与物异侧2>v>f照相机u=2f等大倒立实像与物异侧v=2f倒立实像与物异侧v>2f幻灯机u=fu<放大正立虚像与物同侧放大镜4．用牛顿环测透镜曲率半径1） 投射光的牛顿环与反射光的牛顿环是如何形成的？两者的明暗条纹有何区别？为什么？2）在牛顿环实验中，假如平板玻璃上有微小凹陷，则凹陷处空气薄膜厚度增大，导致干涉条纹发生琦变，试问这时暗环将局部内凹还是外凸？为什么？3）调节显微镜观测干涉条纹的步骤：（1）调节显微镜载物平台内的反光镜旋钮，从目镜中获得最明亮的视场亮度；（2）旋转目镜，使在目镜中能看到清晰的十字叉丝；（3）调节调焦旋钮，将显微镜筒调到最低，然后自下而上移动镜筒高度，直至在目镜中可以清楚地看到明暗相间的条纹；（4）适当移动牛顿环使牛顿环的圆心处于视场中央。4）使用显