光学实验报告

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二、实验原理 一个曲率半径很大的平凸透镜,以其凸面朝下,放在一块平面玻璃板上
(如附图 9),二者之间形成一层厚度由零逐渐增大的空气膜,若对透镜投射 单色光,则空气膜下缘面与上缘面反射的光就会互相干涉。从透镜上看到的干涉 花样是以玻璃接触点为中心的一组中央疏,边缘密的明暗相间的同心圆环条纹, 这就是牛顿环。它是等厚干涉,与接触点等距离的空气厚度是相同的。
SZ-13
四、仪器实物图及原理图
1 S
2F 3
4 Lo 5 6 Le 7
11
10
S
*
毛玻璃 F
A
B
30
8.2cm
a
U1=450
66cm
3
9
8
屏H
Lo
Le
B' A'
V1 =4 10
b
54.5cm
U2=175 cd
图五
五、实验步骤 1、 把全部器件按图五的顺序摆放在平台上,靠拢后目测调至共轴。 2、 把 F 和 Le 的间距调至最大,沿导轨前后移动 Lo,使一只眼睛通过 Le 看到清晰的分划板 F 上的刻线。 3、 再用另一只眼睛直接看毫米尺 F 上的刻线,读出直接看到的 F 上的 满量程 28 条线对应于通过望远镜所看到 F 上的刻线格数 e。 4、 分别读出 F、Lo、Le 的位置 a、b、d。 5、 去 Le,用屏 H 找到 F 通过 Lo 所成的像,读出 H 的位置 c。
1、带有毛玻璃的白炽灯光源 S
2、1/10mm 分划板 F1
3、二维调整架: SZ-07
4、物镜 Lo:
fo=15mm
5、二维调整架: SZ-07
6、测微目镜 Le(去掉其物镜头的读数显微镜)
7、读数显微镜架 : SZ-38
8、三维底座: SZ-01
9、一维底座: SZ-03
10、一维底座: SZ-03
2、 将 L2 与 H 的间隔固定在间隔所能达到的最大位置,前后移动 P,使 其经 L2 在屏 H 上成一最清晰的像。
3、 将聚光镜 L1 紧挨幻灯片 P 的位置固定,拿去幻灯片 P,沿导轨前后 移动光源 S,使其经聚光镜 L1 刚好成像于白屏 H 上。
4、 再把底片 P 放在原位上,观察像面上的亮度和照度的均匀性。并记
=
M (M+1)gD2
聚光镜的焦距: f1 =
D1 g(M+1)2 (M+1) − D1
式中, D2 =u2 +v2、D、1、= ,u1+是v1像的M放i =大uvii 率(i=1 2)
.
fi =
uivi ui + vi
(i=1、2)
6
实验二:(1)杨氏双缝干涉
一、实验目的 观察双缝干涉现象及测量光波波长
7
四、仪器实物图及原理图
1
2
34
5
6
L
7 Le 8
12
11 10
9
L
单缝
Байду номын сангаас
双缝
Le
钠光灯
S1
S2
50
50
90
330
图九
五、实验步骤 1、 把全部仪器按照图十的顺序在平台上摆放好,并调成共轴系统。钠 光灯(可加圆孔光栏)经透镜聚焦于狭缝上。使单缝和双缝平行,而且 由单缝射出的光照射在双缝的中间。(图中数据均为参考数据) 2、 直接用眼睛观测到干涉条纹后,再放入微测目镜后进行测量。使相 干光束处在目镜视场中心,并调节单缝和双缝的平行度(调节单缝即 可),使干涉条纹最清晰。 3、 用微测目镜测出干涉条纹的间距 ∆ x,双缝到微测目镜焦平面上叉 丝分化板的距离 D。
六.实验数据及现象:
目镜焦距:45mm 物镜焦距:300mm
M=ϖ ’
ϖ
ϖ’ ϖ
=
A'B'/u 2
AB/(u1 + v1 +
u 2)=
A'B'g u1 + AB
v1 + u2
u2

A'B' AB
=
v1 u1
故 M=
v1(u1 + v1 + u1 gu 2
u2)
式中, u1 = b-a,v1 = c-b,u2 = d-c,AB、A如'B图' 所示.
11、通用底座: SZ-04
四、仪器实物图及原理图
1 S
2 F 3 4 Lo 5 6
Le 7
11
10 9
8
图四(1)
1
S 毛玻璃 F
*
180
Lo
Le
Fo △ Fe
180 231500
图四(2)
五、实验步骤 1、 把全部器件按图四的顺序摆放在平台上,靠拢后目测调至共轴。 2、 把透镜 Lo、Le 的间距固定为 180mm。 3、 沿标尺导轨前后移动 F1(F1 紧挨毛玻璃装置,使 F1 置于略大于 fo 的位置),直至在显微镜系统中看清分划板 F1 的刻线。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源 S
2、聚光镜 L1: f1=50mm
3、二维调整架: SZ-07
4、幻灯底片 P
5、干板架:
SZ-12
6、放映物镜 L2: f2=190mm
7、二维调整架: SZ-07
8、白屏 H:
SZ-13
9、三维底座: SZ-01
10、一维底座: SZ-03
11、二维底座: SZ-02
R=
0.15 +
0.10 + 3
0.18
=
0.175mm
现象:可以观测到一组明暗交替的同心圆环.
10
实验三:夫郎和费圆孔衍射
一、实验目的
观察夫郎和费圆孔衍射图样
二、实验原理
把实验十四的单缝衍射装置中的单缝以一小孔代替,应用钠灯光源,可以
在透镜的焦平面上看到圆孔衍射图样,衍射图样是一组同心的明暗相间的圆环,
36
7
70mm
25mm
35mm
10
9
8
图十三
五、实验步骤 1、调节牛顿环装置三个螺钉,使接触点 O 大致在中心,螺钉的松紧程度 合适,太松则接触点不稳定,太紧则将镜压碎,将牛顿环置于牛顿环直 立架上。 2、把全部器件按图十三的顺序摆放在平台上,靠拢后目测调至共轴。 3、点亮钠光灯,使钠光垂直射到半透半反镜上,调节半透半反镜的角度和 位置。此时显微镜上看到明亮的视场,前后移动显微镜就可观察到等厚 干涉同心圆环。
12、一维底座: SZ-03
13、通用底座: SZ-04
四、仪器实物图及原理图(见图六)
5
1 S
2F 34
5 6 Lo 7
8
13
12 11
10
9
H
S
毛玻璃 L1
P
L2
*
U1=270 V1=35
U2=290
V2=530
100mm
75mm
80mm
五、实验步骤
424mm
1、 把全部仪器按图六的顺序摆放在平台上,靠拢后目测调至共轴。
范围。光源的大小以能够使光束完全充满 L 的整个面积为限。聚光镜焦距的长短
是无关紧要的。通常将幻灯片放在聚光器前面靠近 L2 的地方,而光源则置于聚 光器后 2 倍于聚光器焦距之处。聚光器焦距等于物镜焦距的一半,这样从光源发
出的光束在通过聚光器前后是对称的,而在物镜平面上光源的像和光源本身的
大小相等。
种方法。
二、实验原理
最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜,用一短焦距的凸透镜
作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像,物
镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用,把这个倒
立的实像再放大成一个正立的像,如图五所示。
三、实验仪器
1、带有毛玻璃的白炽灯光源 S
六.实验数据及现象:
显微镜的放大率(理论值):
250 ∗ ∆ M= f0 ∗ fe
式中 ∆ =f0 -fe

fe
=
250 20
fe =45mm,f0 =300mm
现象:可以清晰地观察到分划板上的刻度线。
2
(2)自组望远镜
一、实验目的
了解望远镜的基本原理和结构,并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两
在透射式的幻灯机中,图片是透明的。成像部分主要包括物镜 L、幻灯片 P 和远
处的屏幕。为了使这个物镜能在屏上产生高倍放大的实像。P 必须放在物镜 L 的
物方焦平面外很近的地方,使物距稍大于 L 的物方焦距。
聚光部分主要包括很强的光源(通常采用溴钨灯)和透镜 L1L2 构成的聚光 镜。聚光镜的作用是一方面,要在未插入幻灯片时,能使屏幕上有强烈而均匀的
照度,并且不出现光源本身结构(如灯丝等)的像;一经插入幻灯片后,能够
在屏幕上单独出现幻灯图片的清晰的像。另一方面,聚光镜要有助于增强屏幕上
的照度。因此,应使从光源发出并通过聚光镜的光束能够全部到达像面。为了这
一目的,必须使这束光全部通过物镜 L,这可用所谓“中间像”的方法来实现。
即聚光器使光源成实像,成实像后的那些光束继续前进时,不超过透镜 L 边缘
上式即为放大镜的放大率理论值.
望远镜的放大率:M=140/e
现象:透过望远镜的目镜珂观测到 F 清晰的刻度值.
4
(3)自组透射式幻灯机
一、实验目的
了解幻灯机的原理和聚光镜的作用,掌握对透射式投影光路系统的调节。
二、实验原理
幻灯机能将图片的像放映在远处的屏幕上,但由于图片本身并不发光,所
以要用强光照亮图片,因此幻灯机的构造总是包括聚光和成像两个主要部分,
六.实验数据及现象:
干涉条纹间距: ∆ x=0.138 mm
两条狭缝中心间距:d=1mm
双缝屏到观测屏的距离 D=129.9-110.9=19cm
参考光波长:
λ
=

xgd D
=
0.138 ∗ 1 19 ∗ 10
=726.3nm
现象:可以观察到一组平行等距的清晰明暗条纹.
8
d
(2)牛顿环
一、实验目的 观察等厚干涉现象,用干涉法测量透镜表面的曲率半径
入射光
R
r
三、实验仪器 1、钠光灯 2、半透半反镜 3、二维调整架: SZ-07 4、牛顿环 5、牛顿环直立架: SZ-34-54 6、读数显微镜架 : SZ-38 7、读数显微镜 8、三维底座: SZ-01 9、通用底座: SZ-04 10、一维底座: SZ-03
四、仪器实物图及原理图
9
1
4
52
附图 4 杨氏实验原理图 三、实验仪器
1、钠光灯(可加圆孔光栏) 2、凸透镜 L: f=50mm 3、二维调整架: SZ-07 4、单面可调狭缝: SZ-22 5、双缝(使用多缝板,规格参考下面注释) 6、干板架: SZ-12 7、测微目镜 Le(去掉其物镜头的读数显微镜) 8、读数显微镜架 : SZ-38 9、三维底座: SZ-01 10、二维底座: SZ-02 11、一维底座: SZ-03 12、一维底座: SZ-03
六、实验数据及现象
r5 =0.76mm、r、10 =、0.94mm r15 =1.10mm r20 =1.25mm
R(20− 15) = 1.25 − 1.10 = 0.15mm
R(15− 10) = 1.10 − 0.94 = 0.16mm
R(10− 5) = 0.94 − 0.76 = 0.18mm
二、实验原理 用两个点光源作光的干涉实验的典型代表,是杨氏实验。杨氏实验以简单的
装置和巧妙的构思就实现普通光源来做干涉,它不仅是许多其它光学的干涉装 置的原型,在理论上还可以从中提许多重要的概念和启发,无论从经典光学还 是从现代光学的角度来看,杨氏实验都具有十分重要的意义。
杨氏实验的装置如附图 4 所示,在普通单色光源(如钠光灯)前面放一个 开有小孔 S 的,作为单色点光源。在 S 照明的范围内的前方,再放一个开有两个 小孔的 S1 和 S2 的屏。S1 和 S2 彼此相距很近,且到 S 等距。根据惠更斯原理,S1 和 S2 将作为两个次波向前发射次波(球面波),形成交迭的波场。这两个相干的光 波在距离屏为 D 的接收屏上叠加,形成干涉图样。为了提高干涉条纹的亮度, 实际中 S,S1 和 S2 用三个互相平行的狭缝(杨氏双缝干涉),而且可以不用接 收屏,而代之目镜直接观测,这样还可以测量数据用以计算。在激光出现以后, 利用它的相干性和高亮度,人们可以用氦氖激光束直接照明双孔,在屏幕同样 可获得一套相当明显的干涉条纹,供许多人同时观看。
2、毫米尺 F
3、二维调整架: SZ-07
4、物镜 Lo: fo=225mm 5、二维调整架: SZ-07
6、测微目镜 Le:(去掉其物镜头的读数显微镜)
7、读数显微镜架 : SZ-38
8、通用底座: SZ-04
9、通用底座: SZ-04
10、通用底座: SZ-04
11、通用底座: SZ-04
12、白屏:
录下所有仪器的位置,并算 U1、U2、V1、V2 的大小。 5、 把聚光镜 L1`拿去,在观察像面上的亮度和照度的均匀性。 6、 注 : 演 示 其 现 象 时 的 参 考 数 据 为
U1=35,V1=35,U2=300,V2=520。和计算焦距时的数据并不相同。
六.实验数据及现象:
物镜的焦距: f2
实验一:(1)自组显微镜
一、实验目的
了解显微镜的基本原理和结构,并掌握其调节、使用和测量它的放大率的一
种方法。
二、实验原理
物镜 Lo 的焦距 fo 很短,将 F1 放在它前面距离略大于 fo 的位置,F1 经 Lo 后成 一放大实像 F’1,然后再用目镜 Le 作为放大镜观察这个中间像 F’1,F’1 应成像在 Le 的第一焦点 Fe 之内,经过目镜后在明视距离处成一放大的虚像 F’’1。 三、实验仪器
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