大学物理实验--第3部分 光学
大学物理(第三版)光学第3章
光学平板玻璃
待测平面
b
a
h
ek
e k 1
e
h
a b
e k : k级条纹对应的正常空气膜厚度
由相似三角形关系
h e a b
e k 1 : k+1级条纹对应的正常空气膜厚度
b是条纹间隔 a是条纹弯曲深度 e 表示相邻两条纹对应的空气膜厚度差
h 为纹路深度
对空气膜 e / 2 a h 则 2b
2.光程差
光程差为两束光的光程之差。
L 2 - L1
3.光程差与相位差的关系
光程差每变化一个波长，相位差变化 2 光程差为 ，相位差为 ； 光程差与相位差的关系为：
2
则相位差为： 2
四 、干涉加强减弱条件 两束单色光相干时，光程差满足：
高能级E2 低能级E1 光子
注意
1.原子发光是断续的、随机的，每次发光持 续约10-8秒。产生长度有限的一个波列。 2.各原子发光相互独立，振动方向和初相各不 相同，各波列之间不相干。
两个频率相同的钠光灯不能产生干涉现象， 即使是同一个单色光源的两部分发出的光，也 不能产生干涉。
无干涉现象
1. 普通光源：自发辐射
2 n 2 d cos r
2 k
( k 1 ,2 )
加强
第四节 等厚干涉 劈尖、牛顿环
等厚干涉：在同一干涉条纹下薄膜厚度相 同。
一、劈尖 用单色平行光垂 直照射玻璃劈尖，由 于在同条纹下的薄膜 厚度相同，形成干涉 条纹为平行于劈棱的 一系列等厚干涉条纹。
很小
一束光线经过介质薄膜的反射与折射， 形成的两束光线产生干涉的方法为分振幅 法。如薄膜干涉、等厚干涉等。
大学物理光学实验部分
0I ϕI ϕI )2( λϕπβaSin =大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、 实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。
二、 实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。
亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n 级亮条纹。
暗条纹依次是1级、2级…..n 级。
设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角 ϕ 为的一处光强为220sin ββII = （1）1.当)0(0==ϕβ时，0I I =ϕ；称为主极大或零级亮条纹。
2.当)2,1(⋅⋅⋅⋅±±==m m πβ，即am Sin λϕ=时，0=ϕI ，出现暗条纹。
暗条纹在a m λϕ=的方向上。
主极大两侧暗条纹之间的夹角aλϕ2=∆，其余暗条纹间的间距为aλϕ=∆。
3.其他亮条纹的位置：()322/2ββββββββSin Cos Sin Sin d d -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ 极大值。
取时，即 ,0I tg Sin Cos βββββ==- 可得：⋅⋅⋅±±±=πππβ47.346.243.1，，即：)3(47.3,46.2,43.1 aa a λλλϕ±±±=亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………4.总结： ϕSin-2a λ -1.43a λ -a λ 0aλ1.43aλ2aλ ϕI0 -0.047 00I0 0.047 0四、 实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。
即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。
2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.3.观察单缝衍射现象 （1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。
大学物理教案：光学基础理论与现象观察实验
大学物理教案：光学基础理论与现象观察实验引言大学物理是学生们在物理学领域的一门重要课程。
而光学是大学物理中的一个重要分支，研究光的特性和光的行为。
在本教案中，我们将介绍光学的基础理论和一些常见的现象观察实验，帮助学生们更好地理解和学习光学知识。
光学基础理论光的本质光既具有粒子性又具有波动性。
根据爱因斯坦的光量子理论，光可以看作是由一系列能量量子组成的粒子，称为光子。
而根据赫兹和麦克斯韦的电磁理论，光可以看作是一种电磁波，具有振幅、波长和频率等特性。
光的传播光可以以直线传播，直到遇到物体发生折射、反射或散射等现象。
当光从一种介质（如空气）传播到另一种介质（如玻璃）时，会发生折射现象。
而当光遇到光滑的表面时，会发生反射现象。
而当光遇到粗糙的表面时，会发生散射现象。
光的干涉和衍射当两束相干光（具有相同的频率和相位）相遇时，会发生干涉现象。
干涉分为构造性干涉和破坏性干涉，取决于两束光的相位差。
构造性干涉会使光强增强，而破坏性干涉会使光强减弱或完全破坏。
衍射是光通过一个障碍物后发生的现象。
当光通过孔径的大小与波长的量级相当时，会出现衍射现象。
衍射会使光散开并产生一系列亮暗条纹。
光的偏振偏振是指光的振动方向的特性。
自然光是不偏振的，其振动方向在各个方向上均匀分布。
而线偏振光是具有特定振动方向的光，可以通过偏振片实现。
光学实验设计与操作在学习光学理论的同时，进行一些现象观察实验可以帮助学生更好地理解光学知识。
以下是几个常见的光学实验，可供参考。
实验1：光的折射现象材料： - 一个透明的玻璃杯 - 一支笔 - 一杯水操作步骤： 1. 在桌子上放置一个透明的玻璃杯，并将杯子填满水。
2. 将笔直立放在玻璃杯旁边，并观察笔在水中的折射现象。
3. 移动笔的位置，观察折射现象的变化。
实验原理：根据光的折射理论，当光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光速不同，光会发生折射。
在这个实验中，水和空气是两种不同的介质，当光从空气通过玻璃杯进入水中时，光会发生折射现象。
普通物理实验(光学部分)教案
学会正确地表达和评价实验结果的方法，学会分析误差产生的原因和减小实验误差的途径，既加深了对实验理论的理解，又加强了对测量方法和仪器选择的理解。
五、本学期的教学安排
本学期2007级学生教育教学实习3周（第4-6周）。因此，拟开设8-9个实验（见计划），用2学时总结复习，机动2学时，期中考核和期末考试各占2学时。
四、 JJY 1＇型分光计的构造及调节要求（五步骤）
教学重点与难点：分光计的调节是重点；避免回程误差是难点。
教学过程：
1．讲授新课：
一、GJZ—15型光具座的构造及调节要求（共轴共面等高）
（1）光具座的结构。主体是一个平直有导轨，长1.5m，上面刻有标尺，导轨上还有可移动的滑块支架。
（2）光具座的调节。光学系统应符合或接近理想条件。因此，光具座上调节光学系统，必须满足两个条件：共轴，等高。
三、要求较高的实验素养
很多光学测量是实验者通过调节仪器，对目标的观察和判断后进行读数。因此，实验者的理论基础、操作技能的优劣、判断的准确程度都会使测量数据带有不同的偏离和分散，从而影响测量结果的可靠性。因此，实验者必须不断提高实验素养，排除“假象”和其他因素的干扰，力求客观正确地反映实际情况。
第二节 光学实验的内容
2．调节方法
（1）粗调
（2）细调
a．应用自准直原理调望远镜适合于平行光；
b．用逐次逼近法，调节望远镜光轴与中心转轴垂直（使观察平面与读数平面平行）；
c．将分划板十字线调成水平与垂直；
d．调节载物台，使其法线与旋转主轴重合；
e．平行光管的调节；
平行光管的狭缝必须在物镜的焦面上，平行光管的光轴应与望远镜的光轴重合。调节平行光管的倾度螺钉使水平分划线平分狭缝像，再转动狭缝像与分划板竖线平行。
大学物理光学部分总结
薄膜干涉
光波在薄膜表面反射和透射时产 生的干涉现象，常用于增反膜和 增透膜的设计。
光的衍射现象
单缝衍射
光波通过一个狭窄的缝隙时，会在屏 上产生明暗相间的衍射条纹。
圆孔衍射
光波通过一个圆孔时，会在屏上产生 明亮的中心和逐渐减弱的衍射条纹。
吸收光谱
物质对不同波长的光的吸收程度 不同，形成了物质的吸收光谱。 通过对吸收光谱的分析，可以了 解物质的组成和性质。
吸收系数
物质对光的吸收能力可以用吸收 系数来表示，吸收系数越大，表 示物质对光的吸收能力越强。
光散射
光的散射现象
当光通过物质时，由于物质中微粒的散射作用，光发生散射现象，散射光的强度和方向 与入射光的波长、微粒的大小和形状有关。
3
光的相干性
同频率、同方向、同相位的光波具有相干性。
光的传播
反射定律
光在平滑界面上按特定角度反射 。
折射定律
光在不同介质间传播时，传播方向 发生变化。
光速
光在真空中的速度是一个恒定的值 ，不随光源或观察者的运动而改变 。
光的干涉
干涉现象
两束或多束相干光波在空间某一点叠加，产生明 暗相间的干涉条纹。
光与物质相互作用时，光作为粒子，其能量与物质中的电子相互作 用，引起电子的跃迁和能级变化，从而改变物质的状态。
光的波粒二象性
光既具有波动性又具有粒子性，在光与物质相互作用时，表现出不同 的性质和效果。
光吸收
光的吸收定律
当光通过物质时，物质吸收光能 并转化为热能或其他形式的能量 ，光的强度随传播距离的增加而 逐渐减弱。
光的偏振现象
浙江大学物理光学实验报告 (500字)
课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师：\本科实验报告物理光学实验郭天翱光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖2012年 11月27日实验报告课程名称：__物理光学实验_指导老师：___成绩：__________________ 实验名称：实验类型：_________一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1、掌握迈克耳逊干涉仪的结构、原理、调节方法；2、用迈克耳逊干涉仪观察平板干涉条纹的特征，测定单色光波长；3、观察白光干涉条纹，测量光波的相干长度；二、实验原理2”。
光线“2”射到m2上被反射回来后，透m1 图2 非定域干涉线“1”透过g2射到m1，被m1反射回来后再透过g2射到k上，反射到达e处。
这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。
光线“1”也可看作是从m1在半透明层中的虚像m1ˊ反射来的。
在研究干涉时，m1ˊ与m1是等效的。
调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为m1ˊ与m2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。
用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从m1和 m2反射后可看成由两个光源s1和s2发出的（见图2），s1(或s2)至屏的距离分别为点光源s从 g1和m1(或m2和g1)反射至屏的光程，s1和s2的距离为m1ˊ和m2之间距离d的二倍，即2d。
虚光源s1和s2发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。
1、等倾干涉（定域干涉）若m2和m1严格垂直，m2’与m1互相平行，虚光板各处的厚度h相同。
这时影响光程差的因素只有入射角，当用会聚或者发散光束照明干涉仪时，具有相同入射角的光经m1和m2反射后在其相遇点有相同的光程差，因而入射角相同的光形成同一级干涉条纹，称为等倾条纹。
等倾条纹呈圆环状，条纹分布内疏外密。
大学物理教学光学部分教案
课程名称：大学物理授课对象：理工科专业学生授课时间： 2课时教学目标：1. 知识目标：使学生掌握光学的基本概念、光学原理，了解光的干涉、衍射、偏振等基本现象，并能够运用光学知识解决实际问题。
2. 能力目标：培养学生运用光学原理分析和解决实际问题的能力，提高学生的实验操作技能和科学思维。
3. 素质目标：通过光学学习，增强学生的科学素养，培养学生的创新意识和团队协作精神。
教学重点：1. 光的干涉现象及其原理。
2. 光的衍射现象及其原理。
3. 光的偏振现象及其原理。
教学难点：1. 光的干涉条件及其应用。
2. 光的衍射规律及其应用。
3. 光的偏振原理及其应用。
教学过程：第一课时一、导入新课1. 回顾光的波动性，引入光学部分的学习。
2. 提出问题：什么是干涉？什么是衍射？什么是偏振？二、讲授新课1. 光的干涉：- 介绍干涉现象的基本概念。
- 讲解光的相干条件。
- 分析双缝干涉实验，得出干涉条纹的间距公式。
- 讨论干涉现象在实际应用中的意义。
2. 光的衍射：- 介绍衍射现象的基本概念。
- 讲解单缝衍射的原理，得出衍射条纹的间距公式。
- 分析衍射光栅的原理和应用。
三、课堂练习1. 通过例题讲解，让学生掌握干涉和衍射的计算方法。
2. 学生独立完成练习题，教师巡视指导。
四、小结1. 总结光的干涉和衍射现象的基本原理。
2. 强调干涉和衍射现象在实际应用中的重要性。
第二课时一、复习上节课内容1. 复习光的干涉和衍射现象。
2. 提问学生，检查学生对知识的掌握情况。
二、讲授新课1. 光的偏振：- 介绍偏振现象的基本概念。
- 讲解光的偏振原理，包括反射、折射和透射等。
- 分析偏振光的产生和检测方法。
2. 应用举例：- 讲解偏振现象在实际应用中的例子，如偏振眼镜、液晶显示等。
三、课堂练习1. 学生独立完成偏振现象的练习题。
2. 教师讲解练习题，解答学生疑问。
四、小结1. 总结光的偏振现象及其应用。
2. 强调偏振现象在实际生活中的重要性。
大学物理光学实验教案
一、实验目的1. 理解光学基本原理，掌握光学实验的基本操作和技能。
2. 通过实验验证光学定律，加深对光学知识的理解和应用。
3. 培养学生的实验操作能力、数据处理能力和分析问题能力。
二、实验内容1. 光的直线传播2. 凸透镜成像规律3. 平面镜成像规律4. 光的反射与折射5. 双缝干涉实验三、实验原理1. 光的直线传播：光在同一均匀介质中沿直线传播。
2. 凸透镜成像规律：物体在凸透镜一侧，通过凸透镜成像在另一侧，成像位置和大小与物体位置和大小有关。
3. 平面镜成像规律：物体在平面镜一侧，通过平面镜成像在另一侧，成像位置和大小与物体位置和大小有关。
4. 光的反射与折射：光线入射到两种介质的分界面上，会发生反射和折射现象。
5. 双缝干涉实验：两束相干光通过双缝后，产生干涉现象，干涉条纹间距与双缝间距、光源波长有关。
四、实验仪器1. 光具座2. 凸透镜3. 平面镜4. 白光光源5. 双缝装置6. 光屏7. 测量工具（如刻度尺、游标卡尺等）五、实验步骤1. 光的直线传播实验（1）将光源、光具座、光屏依次放置好。
（2）调整光源，使其发出的光线垂直照射到光具座上。
（3）观察光线在光具座上的传播情况，验证光的直线传播原理。
2. 凸透镜成像规律实验（1）将凸透镜、光源、光屏依次放置好。
（2）调整光源和光屏，使其与凸透镜的主光轴平行。
（3）观察凸透镜成像情况，记录物体位置、像的位置和大小。
3. 平面镜成像规律实验（1）将平面镜、光源、光屏依次放置好。
（2）调整光源和光屏，使其与平面镜的主光轴平行。
（3）观察平面镜成像情况，记录物体位置、像的位置和大小。
4. 光的反射与折射实验（1）将白光光源、光具座、平面镜、凸透镜依次放置好。
（2）调整光源，使其发出的光线垂直照射到平面镜上。
（3）观察反射光线和折射光线，验证光的反射与折射原理。
5. 双缝干涉实验（1）将双缝装置、光源、光屏依次放置好。
（2）调整光源和光屏，使其与双缝的主光轴平行。
大学物理课件光学
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
大学物理光学
13. 光学（3）班级 学号 姓名 成绩一、选择题1.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。
当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生的变化为：(A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，后又减小至零； (C) 光强先增加，后减小，再增加；(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零。
（ B ） 解：因为两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过，所以，两偏振片的偏振化方向互相垂直，因此，当其中一偏振片慢慢转动180o 时，透射光强度在第一个90o 过程中逐渐增加至最大，在第一个90o 过程中逐渐减小至零。
2.一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成45o 角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强I 为：(A)4/20I ； (B) 4/0I ；(C) 2/0I ； (D)2/20I 。
（ B ）解：自然光垂直穿过第一个偏振片后，光强变为原来的一半2/0I ，根据马吕斯定律 α20cos I I =，自然光垂直穿过第二个偏振片后，光强变为445cos 2020II = 。
3.三个偏振片P 1、P 2与P 3堆叠在一起，P 1与P 3的偏振化方向相互垂直，P 2与P 1的偏振化方向间夹角为30o 。
强度为I 0的自然光垂直入射到偏振片P 1，并依次透过偏振片P 1、P 2与P 3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光强为：(A) 4/0I ； (B) 8/30I ；(C) 32/30I ； (D) 16/0I 。
（ C ） 解：根据题意P 1与P 2的偏振化方向间夹角为300 ，P 2与P 3的偏振化方向间夹角为600。
自然光垂直穿过偏振片P 1后，光强变为20I ；穿过偏振片P 2后，光强变为8330cos 2020I I =；；穿过偏振片P 3后，光强变为32360cos 83020II =4.自然光以60o 的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知： (A) 折射光为线偏振光，折射角为30o ； (B) 折射光为部分偏振光，折射角为30o ；(C) 折射光为线偏振光，折射角不能确定；(D) 折射光为部分偏振光，折射角不能确定。
普通物理实验Ⅲ(光学)
普通物理实验Ⅲ（光学）
课程代码：83010130
课程名称：普通物理实验Ⅲ（光学）
英文名称：Experiments of General Physics Ⅲ (Optics)
学分：2 开课学期：第5学期
授课对象：物理类本科二年级学生
课程主任：王爱芳、高级实验师、本科
课程简介：
普通物理实验Ⅲ（光学）是普通物理实验的有机组成部分，其中包括几何光学、波动光学的大部分实验，以及近代光学基础的一些实验。
光学实验的目的是让学生学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能。
通过做光学实验，懂得正确使用基本的光学仪器，并作初步的误差分析，提高对实验方法和技术的认识。
通过研究一些基本的光学现象，能使学生深刻地理解和掌握光学的有关物理概念，加强对光学理论的理解。
课程考核：
1.实验课堂表现：实验操作能力和分析探索能力占30%，要求实验过程的独立性、完整性和动手能力的展现，较圆满的完成实验项目。
2.实验报告成绩：60%。
3.实验改革性论文：10%。
指定教材：
[1] 王爱芳、杨田林、吕英波、丛伟艳等.《普通物理实验》.青岛:中国海洋大学出版社,2007年8月，第1版.
参考书目：
[1]胡连军. 《大学普通物理实验》. 济南：山东大学出版社，1995.
[2]严燕来.《大学物理拓展与应用》.北京:高等教育出版社,2002.
[3]陈守川.《大学物理实验教程》.杭州：浙江大学出版社，1995.
[4]管立.《大学物理实验》.济南: 山东科学技术出版社, 2001.。
大学物理光学实验
实验一 薄透镜焦距的测定实验目的１．学会调节光学系统使之共轴。
２．掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。
３．验证透镜成像公式，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。
实验仪器1－CXJ 型光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏（可调狭逢组、有透光箭头的铁皮屏或一字针组），像屏（白色，有散射光的作用）。
重点难点：1、按实验操作规程规范操作。
2、动手操作能力培养。
德育渗透：1、培养学生爱护仪器，保护国家财产的意识。
2、培养学生互相帮助，团结协作的精神 教学方法1、讲授法。
2、演示法。
3、学生分组实验法 布置作业：1、数据处理。
2、误差分析3、独立完成实验报告。
4、预习下一个实验 实验原理 １．共轭法测量凸透镜焦距 利用凸透镜物、像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法，叫共轭法。
所谓“物象共轭对称”是指物与像的位置可以互移，如图5－1—1（a ）所示。
其中（a ）图中处于物点0s 的物体Q 经凸透镜L 在像点p 处成像P ，这时物距为u ，像距为v 。
若把物点0s 移到图5－1—1（a ）中p 的点，那么该物体经同一凸透镜L 成像于原来的物点，即像点p 将移到图5－1—1（a ）中的0s 点。
于是，图5－1—１（b ）中的物距'u 和像距'v 分别是图5－1—1（a ）中的像距v）（——图a115)(1b －１—图５和物距u ，即物距v u ='，像距u v ='。
这就是“物像共轭对称”。
设D v u v u =+=+''（物屏Q 和像屏P 之间的距离为D ）。
根据上面的共扼法，如果物与像的位置不调换，那么，物放在0S 处，凸透镜L 放在1X 处，所成一倒立放大实像在p 处；将物不动，凸透镜放在2X 处，所成倒立缩小的实像也在p 处，如图5－1－2所示。
由图可知，d u u =-'或d u v =-。
于是可得方程组解方程组得,2d D v += 2d D u -= Dd D f 4'22-= （5—１—１）该式是共轭法测量凸透镜焦距的公式。
大学物理-游璞-于国萍-光学-课后习题-答案
第一章 习题
1.2 解：从图中可以看出： i2=i1+q
激光器
i2+q=i1+a
∴a=2q
又
tana = 5
50
a=5.71o ∴ q=2.86o
i2 q
q
i1 i1
i2
O
a
50cm
A 5cm
B
用途：平面镜微小的角度改变，转化为屏幕上可测量的长度改 变。力学中钢丝杨氏模量的测量、液体表面张力的测量等。
)2
=
( n1 n1
− +
n2 n2
)2
=
0.04
Rp
=
rp 2
=
( n1 cos i1 n1 cos i1
− n2 + n2
cos i2 cos i2
)2
=
( n2 n2
− n1 )2 + n1
=
0.03
3.4 解:（1）不加树脂胶时，两个透镜之间有空气，所以当自然光正入射
时，在第一个透镜与空气的分界面I上，
R2 + f 2 = nz + x2 + y2 + ( f − z)2 (n2 −1)z2 − z(n R2 + f 2 − f )z − (x2 + y2 ) = −R2
1.11 证明 n' − n = n' − n p' p r
1 +1 =2 p' p r
f = f= r 2
1.13 解:
f '=
Ey
=
A cos[ (t
−
z) c
三级大物实验报告-傅立叶光学
同理，当L分别为310.0cm和320.0cm的时候
D2=
D3=
所以光栅常数d=（D1+D2+D3）/3=
（2）记录二维光栅的衍射图样并测量其光栅常数
L=300.0cm
所以光栅常数D1= + =
同理，当L为310.0cm和320.0cm时，
D2=
D3=
则光栅常数d=（D1+D2+D3）/3= 即为所求
实验题目：傅里叶光学的空间频谱与空间滤波实验
实验目的：1.加深对傅立叶光学中的一些基本概念和基本理论的理解，如空间频率、空间频谱、空间滤波和卷积等。
2.验证阿贝成像理论，理解透镜成像的物理过程，进而掌握光学心理处理的实质，也可进一步了解透镜孔径对分辨率的影响。
实验原理：我们知道一个复变函数f(x,y)的傅立叶变换为 ( 1 )
a.若要仅看到横条纹或竖条纹，可制作滤波模版不让0级通过，而使竖直或水平的其他级通过，则可实现;
b.若要仅看到空心“光”，则制作模版仅使0级光通过，则可实现。
思考题：
1．透镜前焦面上是50条/mm的一维光栅，其频谱面上的空间频率各是多少？相邻两衍射点间距离是多少？已知f＝5.0cm,λ＝632.8nm.
实验内容：
1.测小透镜的焦距f1（付里叶透镜f2=45.0CM）.
光路：直角三棱镜→望远镜（倒置）（出射应是平行光）→小透镜→屏
思考：如何测焦距？
2.夫琅和费衍射：
光路：直角三棱镜→光栅→墙上布屏（此光路满足远场近似）
（1）利用夫琅和费衍射测一维光栅常数；
光栅方程：dsinθ=kλ其中,k=0,±1,±2,±3,…
解：空间频率为：fx＝1/d=5×10^4m;
大学物理光学演示实验报告
大学物理光学演示实验报告反射光学显微镜的原理及应用这一次我们的物理演示实验的内容是光学，刚一踏进光学演示实验室，我就一下子被各种各样的实验仪器以及那些奇妙的实验现象所吸引。
因为是光学实验，屋子比较昏暗，这更增加了实验带给我们的神秘感。
首先，老师用一个很简单的小道具为我们上演了一出硬币消失的小魔术，让我们顿时起了很大兴趣，这种教学手段有很好的诱导效果。
然后老师为我们逐一讲述了各个演示实验的实验原理以及仪器的使用方法。
每当其妙的光学现象出现的那一刻，我都会享受到科学世界带给我的乐趣。
给我留下比较深刻印象的的是反射光学显微镜。
课后我又对这种仪器进行了较为深入的探究，对它的原理和应用有了比较清楚的认识。
【工作原理】反射光学显微镜又可称为体视显微镜、实体显微镜或操作和解剖显微镜。
是一种具有正像立体感的目视仪器。
其光学结构原理是由一个共用的初级物镜，对物体成像后的两个光束被两组中间物镜亦称变焦镜分开，并组成一定的角度称为体视角一般为12度--15度，再经各自的目镜成像，它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得，利用双通道光路，双目镜筒中的左右两光束不是平行，而是具有一定的夹角，为左右两眼提供一个具有立体感的图像。
它实质上是两个单镜筒显微镜并列放置，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角，以此形成三维空间的立体视觉图像。
它的成像特点为：视场直径大、焦深大这样便于观察被检测物体的全部层面；虽然放大率不如常规显微镜，但其工作距离很长；像是直立的，便于实际操作，这是由于在目镜下方的棱镜把象倒转过来的缘故。
【使用方法】体视显微镜在使用前需要进行调校，调校主要有：调焦，视度调节，瞳距调节和灯泡更换几个步骤。
下面分别进行说明。
调焦：将工作台板放入底座上的台板安装孔内。
观察透明标本时，选用毛玻璃台板；观察不透明标本时，选用黑白台板。
然后松开调焦滑座上的紧固螺钉，调节镜体的高度，使其与所选用的物镜放大倍数大体一致的工作距离。
大学物理实验光学用牛顿环干涉测透镜曲率半径
实验 用牛顿环干涉测透镜曲率半径（一）目的：1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法。
2、通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
（二）仪器和用具：移测显微镜（JCD 3型）、钠灯牛顿环仪是由待测平凸透镜（凸面曲率半径约为200～300c ｍ〕Ｌ和磨光的平玻璃板Ｐ叠合装在金属框架Ｆ中构成。
框架边上有三个螺旋Ｈ，用以调节Ｌ和Ｐ之间的接触，以改变干涉环纹的形状和位置。
调节Ｈ时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。
（三）原理：当一曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一磨光平玻璃板相接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间将形成一空气薄膜，离接触点等距离的地方，厚度相同。
如图9-2所示，若以波长为的单色平行光投射到这种装置上，则由空气膜上下表面反射的光波将互相干涉，形成的干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹，这种干涉是一种等厚干涉。
在反射方向观察时，将看到一组以接触点为中心的亮暗相间的圆环形干涉条纹，而且中心是一暗斑（图a ）；如果在透射方向观察，则看到的干涉环纹与反射光的干涉环纹的光强分布恰成互补，中心是亮斑，原来的亮环处变为暗环，暗环处变为亮环（图ｂ），这种干涉现象最早为牛顿所发现，故称为牛顿环。
设透镜Ｌ的曲率半径为R ，形成的m 级干涉暗条纹的半径为r ｍ，m 级干涉亮条纹的半径为r ｍ’，不难证明r ｍ =λmRr ｍ’=2)12(λ⋅−R m 以上两式表明，当已知时，只要测出D 第m 级暗环（或亮环）的半径，即可算出透镜的曲率半径R ；相反，当R 已知时，即可算出λ。
但由于两接触镜面之间难免附着尘埃，并且在接触时难免发生弹性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆面，所以近圆心处环纹比较模糊和粗阔，以致难以确切判定环纹的干涉级数m ，即干涉环纹的级数和序数不一定一致。
这样，如果只测量一个环纹的半径，计算结果必然有较大的误差。
为了减少误差，提高测最精度，必须测量距中心较远的、比较清晰的两个环纹的半径，例如测量出第m 1个和第m 2个暗环（或亮环）的半径（这里m 1，m 2均为环序数，不一定是干涉级数），因而（9－1）式应修正为r ｍ2 =（m+j ）R λ式中m 为环序数，（m ＋j ）为干涉级数（j 为干涉级修正值），于是λλR m m R j m j m r r m m )()]()[(12122212−=+−+=− 上式表明，任意两环的半径平方差和干涉级以及环序数无关，而只与两个环的序数之差（m 2-m 1）有关。
大学物理光学实验
大学物理光学实验平行光管的调整及使用1．测量凸透镜及透镜组的焦距１）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。
２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。
３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。
４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。
５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。
2．用平行光管测凸透镜的鉴别率（１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。
（２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。
（３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。
用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。
（４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。
干涉现象是光的波动说的有力证据之一。
“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。
干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。
大学物理教案：光学与光学仪器实验
大学物理教案：光学与光学仪器实验引言大学物理是一门重要的基础课程，它在培养学生科学思维、观察力、实验能力以及解决问题的能力方面起着关键作用。
其中，光学是大学物理的一部分，它研究光的传播和光与物质之间的相互作用。
在光学实验中，学生可以通过观察和实际操作，深入理解光的性质和原理，并掌握一些常用的光学仪器的使用方法。
光学基础知识H1: 什么是光学？光学是研究光传播和光与物质的相互作用的学科。
它探讨光的性质、光的传播规律以及光与物质之间的相互作用过程。
光学在现代科学和技术领域有着广泛的应用，例如光纤通信、激光技术、光学显微镜等。
H1: 光的性质光是一种电磁波，它有一些与其他波动现象相似的性质。
一些重要的光的性质包括：光的波动性、光的粒子性、光的速度、光的衍射和干涉等。
•光的波动性：光具有波的性质，它可以通过传播速度、频率、波长来描述。
•光的粒子性：光也具有粒子的性质，这种粒子叫作光子。
光的粒子性可以解释光在物质中的能量传递过程。
•光的速度：光在真空中的速度是恒定的，约为每秒 30 万公里。
•光的衍射：当光通过一个孔或一个狭缝时，会发生衍射现象，即光的波动性表现出来。
•光的干涉：当两束光交叠时，它们的波动性会产生干涉现象。
干涉实验是理解光的波动性的重要实验之一。
H1: 光的传播与折射光的传播和折射是光学中的重要概念。
当光通过透明介质时，它会发生折射现象，即光线的传播方向会发生改变。
折射现象可以通过斯涅尔定律进行定量描述。
•斯涅尔定律：斯涅尔定律描述了光线在界面上折射的规律。
它可以表达为：入射角的正弦比例等于折射角的正弦比例与两种介质的折射率的比值。
光的折射现象在日常生活中经常出现，例如光线从水中射出时会发生折射，造成所看到的物体位置偏移的现象。
光学仪器实验在光学仪器实验中，我们将使用一些常见的光学仪器来观察和测量光的性质和现象。
以下是一些常用的光学仪器及其实验方法。
H2: 光栅实验光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它可以分析和分离出光的不同波长成分。
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第三部分光学
测定薄透镜焦距
⑴测凸透镜焦距的几种方法中，哪种方法测得的数据较为准确，哪种方法更为可行
⑵平面镜法测透镜焦距中，前后移动平面镜有何作用对测量结果有何影响
⑶在光源和物之间为什么要加毛玻片它应更靠近物体还是应更靠近光源为什么
⑷在商店欲买焦距为10cm的凸透镜，商店中有若干焦距为10cm、15cm、20cm的凸透镜混杂在一起，你用何方法尽快地挑选出你所需要的透镜
凸透镜成象规律的观察和放大率的测定
⑴当p< f时，凸透镜成虚象，这时却可用肉眼看到象，为什么
⑵用直角坐标系方法讨论凹透镜成象。
衍射实验
:
⑴本实验测细丝的方法，往往因暗纹距离χ较小而造成较大的误差，若用已知直径的细丝在已知距离处所得到的衍射图样照片，作为待测细丝衍射图样的比较版来测量的话，将会大大地减少这种误差并使测量更简单迅速，说明这种测量方法需要测出什么数据才能知道细丝直径为什么
*⑵在光学的许多实验中为了得到平行光都要在光源前加一个透镜，在实验内容3中观察圆孔衍射也要加一个透镜，这个透镜的作用是什么它应该具有什么特点
⑶试讨论当光线不垂直墙面时，或细丝倾斜时对细丝直径测量的影响。
*⑷本实验测细丝直径要求是夫琅禾费衍射，要求细丝至屏为无穷远，现其间距仅为1m多，是否符合夫琅禾费衍射条件
衍射法测微粒直径
⑴试说明本实验中由于利用了一对角度的光强比，给我们提供了哪些实用上的便利如果不用光强比将会产生什么样的困难
⑵根据产生夫琅禾费衍射的条件及本实验的具体要求，在实验中要更注意什么
⑶怎样才能把平行光管的光调为近似的平行光
⑷由于杂散光的影响，有时在实验中，即使挡住平行光管的光，光点检流计的数仍不为零，而且由于杂散光在各个方向影响不同，因而使测量的数据受到很大影响，怎样消除这种影响
分光计调整
、
⑴调节分光计时所使用的双面反射平面镜起了什么作用能否用三棱镜代替平面镜来调望远镜
全息光栅的制作
⑴若只有一个白光灯泡，如何用简易的办法估算一块光栅的常数
⑵用分光计测量你所制光栅的常数，并与公式⑴所得值及上面的估算值作比较，讨论分析误差情况。
棱镜摄谱仪的调节和使用
⑴为什么底片匣要倾斜一个角
⑵为什么要两遍调共轴（不共轴会怎样）
⑶为什么要先拍氦谱（先拍铁谱行不行）
⑷为什么拍完氦谱大遮板不能关闭（结合测谱原理）
⑸你拍摄的底片有哪些不理想的地方你能讲出是什么原因造成的吗
…
发射光谱的定性分析
⑴选待测氦谱的原则之一是其左右相邻的铁谱尽量靠近，为什么
⑵摄谱时，为什么拍完氦谱不能关大遮板摄谱全过程中为什么要近量减少振动
发光强度的测量
⑴为什么要使光度计和灯泡等高不等高可以吗
⑵为什么光线要垂直进入光度计窗口不垂直行不行
投影仪和望远镜的设计与组装
⑴利用望远镜观察时，要求在10km的距离上鉴别100mm的距离，问能使用多大视放大率的望远镜
⑵为何使用视放大率表示目视光学仪器的放大作用
⑶用同一台望远镜观测不同距离的物体时，其视放大率是否会变
￥
迈克尔逊干涉仪
⑴测He-Ne激光波长时，要求n尽可能大，为什么对测得的数据应采用什么方法进行处理
⑵如果把干涉仪中的补偿板B去掉，会影响到哪些测量哪些测量不受影响
红宝石的吸收光谱
⑴吸收系数与吸收率怎样区别
⑵怎样测量有反射面的吸收体的吸收系数
⑶怎样从荧光中除去激发光
干涉法测微小量
牛顿环的中心级次是多少亮斑还是暗斑实验用的牛顿环是亮斑还是暗斑
偏振光的研究
[
⑴两片1/4波长片组合可否做成半波片
⑵在确定起偏角时，找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因。
旋光现象的观察和测量
在旋转检偏器观察罗兰片时，视场中会出现两次各部分亮度相同的位置，一次是亮视场，一次为暗视场，这两个位置灵敏度是否一样，应选择哪个位置
光纤的几何参数和数值孔径的测量
⑴如何判断夹在载物台上的光纤端是否歪斜
⑵如果纤心的中心和包层的中心不同心，这样的光纤有什么不好
光纤传输损耗波谱的测量
⑴测量过程中，为什么要保持光纤在实验台上的状态不变
⑵光纤输入端光功率和波长的关系曲线形状与什么因素有关。