普通物理实验 (光学部分)

普通物理实验

光电学院用

华南师范大学

物理学科基础课实验教学示范中心编2012.8.

目录

绪论………………………………………………………………………………………（1 ）

常用光学仪器的使用……………………………………………………………………（1 ）

实验1共振法测量固体材料的杨氏模量 (9)

实验2刚体转动惯量的测定 (13)

实验3分光计的调节及棱镜折射率的测定 (16)

实验4用透射光栅测光波波长 (20)

实验5等厚干涉 (22)

实验6迈克尔逊干涉仪的调整及使用 (26)

实验7单色仪的定标 (33)

实验8用菲涅耳双棱镜测波长 (35)

绪论

大学的物理实验课是高等院校理科的一门必修基础课程，是对学生进行科学实验的基本训练，提高学生分析问题和解决问题能力的重要课程。物理实验课和物理理论课具有同等重要的地位。

这里主要介绍光学常用仪器使用

物理实验可分三个环节：

1）课前预习，写预习报告。

2）课堂实验，要求亲自动手，认真操作，详细记录。

3）课后进行数据处理，完成实验报告。

［预习报告的要求］：

1）实验题目、实验目的、实验原理（可作为正式报告）。

2）画好原始数据表格，单独用一张纸。

［实验报告内容］：（要用统一的实验报告纸做）

实验题目；

1)实验目的；

2)实验原理：主要公式和主要光路图、电路图或示意图，简单扼要的文字叙述；

3)主要实验仪器名称、规格、编号

4)实验步骤：写主要的，要求简明扼要；

6) 数据处理、作图（要用作图纸）、误差分析。要保留计算过程，以便检查；

7) 结论：要写清楚，不要淹没在处理数据的过程中；

8) 思考题、讨论、分析或心得体会；

9) 附：原始数据记录。

光学常用仪器的使用

光学实验仪器可以扩展和改善视角的观察以弥补视角的局限性。构成光学仪器的主要元件有透镜、反射镜、棱镜、光栅和光阑等，这些元件按不同方式的组合构成了不同的光学系统。光学仪器可以粗分为助视仪器（放大镜、显微镜、望远镜），投影仪器（放影机、投影仪、放大机、照相机）和分光仪器（棱镜分光系统、光栅分光系统）。下面主要介绍光学实验中常用仪器的构造、调节和光学实验中的常用光源。

一、光学实验常用仪器

在光学实验中，常使用的一些基本光学仪器有测微目镜、读数显微镜及分光计等。下面对这几种光学仪器作以简单介绍。

１．测微目镜

（１）测微目镜的构造及读数方法

测微目镜一般作光学精密测量仪器使用，在读数显微镜、调焦望远镜、各种测长议、测微准直管上都可装用。测微目镜也可单独使用，主要用来测量由光学系统所成实像的大小。它的测量范围较小，但准确度较高。 下面以实验室常用的MCU-15型测微目镜为例，说明它的构造原理和使用方法，MCU-15型测微目镜由目镜光具组、分划板、读数鼓轮和接头等装置组合而成。

１）MCU-15型测微目镜的技术指标

测微精度 ＜0.01毫米

测微鼓轮的分度值 0.01毫米 测量范围 0～8毫米

２）MCU-15型测微目镜的外型和构造如图1和2所示。

测微目镜可装配在

各种显微镜上和准直管上（或其它类似仪器上）

使用。

打开目镜本体匣，可以看到测微目镜的内部结构如图3所示。

３）读数方法

毫米刻度的分划尺如图4的(a )所示，它被固定在目镜的物方焦面上，在分划板上刻有竖直双线和十字叉丝，见图4的(b )，分划尺和分划板之间仅有0.1毫米的空隙，因此，若

在目镜中观察，就可看到如图

4中(c )所示的图案。分划板的框架1通过弹簧4与测微螺旋的丝杆5相连，当测微螺旋（与读数鼓轮相连）6转动时，丝杆就推动分划板的框架在导轨3内移动，这时目镜中的竖直双

705——图8

05——图.1)(.2分划尺玻璃板分度板.3读数鼓轮

.5防尘玻璃

.6接头装置

.7图 1

图 2

905——

图分划板框架.1分划板.2导轨.3弹簧.4丝杆.5不动轮.7读数鼓轮.6刻度尺.8图3

10

05——图)

(a )

(c 图 4

线和十字叉丝将沿垂直于目镜光轴的平面横向移动。读数鼓轮每转动一圈，竖线和十字叉丝就移动1毫米。由于股轮上的周边叉丝分成100小格，因此，鼓轮每转过一小格，叉丝就移动0.01毫米。测微目镜十字叉丝中心移动的距离，可从分划尺上的数值加上读数鼓轮的读数得到。

（２）使用测微目镜时应注意

１）使用时先调节目镜，使测量准线（叉丝）在视场中清晰可见，再调节物像，使之与测量准线无视差地对准后,方可进行测量。测量时，必须测量准线的移动方向和被测量的两点之间连线的方向相平行，否则实测值将不等于待测值。

２）由于分划板的移动是靠测微螺旋丝推动，但螺旋和螺套之间不可能完全密合，存有间隙。如果螺旋转动方向发生改变，则必须转过这个间隙后，叉丝才能重新跟着螺旋移动，因此，当测微目镜沿相反方向对准同一测量目标时，两次读数将不同，由此而产生了测量回程误差（或称：空程误差）。

为了防止回程误差，每次测量时，螺旋应沿同一方向旋转（即：单向移动测量），不要中途反向，若旋过了头，必须退回一圈，再从原方向推进、对准目标、进行重测。即测量时要往同一方向转动鼓轮6。

３）旋转测微螺旋时，动作要平稳、缓慢，如已到达一端，则不能再强行旋转，否则会损坏螺旋。

４）如果测量平面和测微目镜支架的中心面不重合，其间距离在有关计算时，应作相应的修正。

２．读数显微镜

读数显微镜是用于精确测量长度的专用显微镜，其形式比较多，物理实验室常用的是JXD-B型读数显微镜。

（１）主要技术参数

２）测量范围：方向 50毫米方向 30毫米

３）最小读数：X方向 0.01毫米Z方向 0.10毫米

（２）仪器结构

JXD-B型读数显微镜的外形结构如图5所示，它是将低倍显微镜安装在精密的螺旋测量装置上，转动测微螺旋，显微镜筒能在垂直于光轴的方向上移动，移动的距离可从读数装置上读出。目镜中装有十字分划板，用来对准测量的目标。

（３）调整方法及注意事项

１）测量前应先调节目镜，使测量叉丝在视场中清晰可见。把被测物用压板10固定在工作台上，使被测物表面与镜管5的光轴垂直。在显微镜下面装有一半反射镜，转动8可以将光线反射到工作台上。用小手柄13压住支杆12，粗调工作距离，使物镜距被测物在4厘米内，拧紧大手柄11后，再用调焦手轮17（双手同时使用）由近向远进行微调，使清晰像与测量叉丝无视差地对准后，方可进行测量。

２）测量时，必须使目镜的一根十字叉丝与显微镜的移动方向相垂直。移动显微镜，使