大学物理实验习题答案

实验7 分光计的调整与使用

1． 本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜

转过的角度？

提示：本实验所用分光计测量角度的精度是：'

1

提示：刻度盘绕中心轴转动，因工艺的原因，中心轴不可能正好在盘的中心，因此转动测量时会产生一个所谓的偏心差，在盘的一直径两端对称设置

两个游标，读数求平均即可消除偏心差。见图。 D C CD B A AB '

'==''+)(21

2．假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和

仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转

过1800

后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。 提示：

反射的小十字像和平面镜转过180o 后反射的小十字像的位置不变，此时应该调节望远镜仰角螺钉，使十字反射像落在上十字叉线的横线上。光路图如下

3．假设望远镜光轴已垂直于仪器转轴，而平面镜反射面和仪器转轴成一角度β，则反射的

小十字像和平面镜转过1800

后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。 提示：

反射的小十字像和平面镜转过180o 后反射的小十字像的位置是一上一下，此时应该载物台下螺钉，直到两镜面反射的十字像等高，才表明载物台已调好。光路图如下：

4.对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？

提示：

图3 望远镜光轴未与中心轴垂直的表现

（1）对分光计调整的要求：

① 望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴； ② 望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）； ③ 平行光管出射平行光；

（2）各部分调节好的判断标志

① 望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦）

② 望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o 前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。（用自准直光路和各半调节法调整）

③ 平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。（把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦） ④ 平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志——使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心水平黑十字线重合。（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的仰角螺钉）

5.是否对有任意顶角A 的棱镜都可以用最小偏向角测量的方法来测量它的材料的折射率？为什么？ 不能。提示：

），2

2sin

sin (sin )2

sin

arcsin(22111min A r A n r n i A

n A i ====-=δ

6.在测角时某个游标读数第一次为343︒56'，第二次为33︒28'，游标经过圆盘零点和不

经过圆盘零点时所转过的角度分别是多少？

游标经过圆盘零点：'

''3249283356343360o o o o =--

不经过圆盘零点：'

''28310283356343o o o =- 7．在实验中如何确定最小偏向角的位置？

向一个方向缓慢的转动游标盘（连同三棱镜），并用望远镜跟踪狭缝像，在望远镜中观察狭缝像的移动情况，当随着游标盘转动而向某方向移动的狭缝像，正要开始向相反方向移动时，固定游标盘，此时确定的角度即是最小偏向角。

8. 测量三棱镜折射率实验中，从对准平行光管的位置开始转动望远镜，看到的

折射谱线颜色排列顺序是什么？ 黄、绿、紫

实验8迈克尔逊干涉仪的调整与使用

1. 试从形成条纹的条件、条纹特点、条纹出现的位置和测量波长的公式来比较牛顿环和等倾干涉同心圆条纹异同。

提示：从干涉类型（等厚、等倾）、条纹形状、条纹分布（疏密、级数顺序、中心明暗）来看。

牛顿环同心圆条纹是等厚干涉形成的，中间级次低（中心级次最低），越往边缘级次越高，从反射方向观察中心是暗条斑。

迈克尔孙同心圆条纹是等倾干涉形成的，中间级次高（中心级次最高），越往边缘级次越低，若光程差为半波长的奇数倍，中心暗，若光程差为半波长的偶数倍，中心明。 2. 等倾干涉图样与等厚干涉图样各定域在何处？

提示：干涉图样定域问题，与所用的光源类型、位置以及薄膜形状（平行平面状还是楔形）有关。如果是点光源，则不论是等倾干涉还是等厚干涉，在与光源S 在同一边的空间的任一点都可得一定的干涉，即干涉现象发生在光波的整个相遇区域内，称这种干涉为不定位干涉（也叫非定域干涉）本实验用光纤激光作光源即是这种情况）；如果是扩展光源，则干涉条纹只能定域在一定的区域，至于定域在什么位置，取决于M1、M2′的位置和取向以及光源的位置。M1、M2′平行时，干涉条纹定域在无穷远处，与光源的位置无关；而M1、M2′不平行，有一微小夹角时，干涉条纹定域在薄膜表面附近，光源位置不同，条纹定位也不同。如下图所示。

3. 怎样准确读出可动反射镜M 1的位置？ 提示：看下例

平行薄膜，等倾干涉条纹定域在无穷远

4． 迈克尔逊干涉仪中的补偿板、分光板各起什么作用？用钠光或激光做光源时，没有补偿板P 2能否产生干涉条纹？用白光做光源呢？

补偿板起补偿光程的作用。分光板使入射光束分为振幅（或光强）近似相等的透射光束和反射光束。

用钠光或激光做光源时，没有补偿板P 2能产生干涉条纹，用白光做光源不能。

Na 光和He —Ne 激光单色性好，没有补偿板P2，移动M1，改变由M1和M2反射到达观察屏的两光束的光程差，使其小于相干长度，即可观察到干涉条纹。白光单色性差，分出的两束光只有在光程差δ≈0时，才能看到彩色干涉条纹，如果没有补偿板P 2，由M1反射的光经过分光板三次，而由M2反射的光只经过分光板一次，对两束光产生不同的色散，导致不同波长的干涉条纹位置不同，使光强趋于均匀，干涉条纹会消失 只有使用补偿板，才可以使不同波长的光被分成的两束光都满足光程差δ≈0。

5． 在迈克尔逊干涉仪的一臂中，垂直插入折射率为1.45的透明薄膜，此时视场中观察到15个条纹移动，若所用照明光波长为500nm ，求该薄膜的厚度。

提示插入n 1透明薄膜后，光程差改变了2d （n 1-1），即Δδ=2d （n 1-1），所以根据Δδ=Δkλ式和Δk=ΔN ，可得

121-∆⋅

λ=n N d 把已知的有关量（λ=500nm ，n1=1.45，ΔN=15）代入便可计算出d 值。

实验9 RLC 电路的稳态特性

1．交流电路中，如何表示电压和电流的大小和相位的变化？

提示：交流电路的电压．．和电流．．有大小和相位的变化，通常用复数法及其矢量图解法来研究。

RLC 串联电路如图1所示，交流电源电压为S U

，则 C L R S U U U U

++= RLC 电路的复阻抗 ⎪⎭⎫ ⎝

⎛

-+=C L j R Z ωω1

主尺读数：33mm

粗动手轮读数：0.52mm 微动手轮读数：0.00246mm

最后读数为：33.52246

mm