光学实验

sin
i'
1min
sin A 1 ( 1 )2 cos A 1
n
n

sin
i'
1min

sin
A
n2 1 cos A
n
( cos
A

sin
i'
1min
)2
1
sin A
实验内容： 1.调整分光计 （1）目镜的调整：十字叉丝和亮十字清晰 （2）望远镜的调焦 （3）调整望远镜的光轴垂直于旋转光轴 （4）将分划十字线调成水平和垂直 （5）平行光管的调焦 （6）调整平行光管的光轴垂直于旋转主轴 （7）将平行光管狭缝调成垂直
1.狭缝与棱脊严格平行，狭缝足够小，才能调出 明暗相间的干涉图样。
2.测微目镜鼓轮在运转测量过程中只能一个方向 ，不能回转，因为齿纹有空程差；且测微目镜的 一条十字叉丝应与条纹或虚光源像平行。
光学实验---用掠入射测折射率
实验目的 1.了解分光计的结构，学习分光计的调整方法。 2.学习使用分光计测量玻璃三棱镜顶角。 3.了解掠入射原理，并用掠入射测量三棱镜的折
狭 缝
测微目镜
D
D＞4f
用测微目镜测得大像两虚光源S1、S2的间距l ，
以及小像两虚光源S1、S2的间距l 。
a
b
狭 缝
测微目镜
b
a
大像 l l
D
小像 l l
ab
ba
l
ll
鼓轮上有100个等分格，旋转一圈，通过丝杆带动显微镜指针平移1 mm，因 此每一个等分格相当于0.01mm，再估读一位，最小读数为0.001mm。
三垂直——望远镜轴线垂直中心转轴；载物平台垂 直中心转轴；平行光管轴线垂直中心转轴
调节步骤
目测粗调
望远镜调节
望远镜轴线及平台与中心转轴垂直
平行光管轴线与中心转轴垂直
读数系统调节
平行平板放置方法
望远镜调节
狭缝像 平行光管调节
分光计读数方法
分光计有一个360度分划的刻度盘，它与 望远镜紧固在一起，相对于固定的游标盘作 旋转。从望远镜中找到待测角的两边，根据 刻度盘和游标盘的转动角度，就可以确定角 度值，其最高精度可达1分以上。
下，虚像和实像的视角相同。
M I1 s0 I0 f2
测量视角放大率的方法
l
I0
f1
f2
I
放大率：M 物镜放大率 目镜放大率 - l 25cm
f物 f目
其中 l 是显微镜的光学镜筒长度，即从物镜的后焦点到所成实
像的距离，等于物镜与目镜距离﹣物镜焦距﹣目镜焦距。
实验内容—光路图
折射定律可知折射率 n 1 sin i2max
几何知识可以得到：i2 max i2 A
i2' A i2max
n

sin
i'
1min

sin
i'
1min

sin
i'
1min
sin i2' sin( A i2max ) sin Acos i2max cos Asin i2max
的视角 大于原物在明视距离对眼睛所张的
视角 。在傍轴条件下，放大镜的视角放大
率为：
M S0 f
2.显微镜：观察更小物体，在放大镜前加凸透镜，使
物体两次放大。物镜焦距小，目镜焦距大。
3.望远镜：观察更小物体，在放大镜前加凸透镜，使 物体两次放大。物镜焦距大，目镜焦距小。
自组显微镜
原来的掠入射法实验中明暗视场的分界线就是
90°入射光线的出射线，但由于扩展光源辐射进棱镜
的入射角度具有一定的范围，因此在AC出射面观察出
射光时，可看到入射角满i1m足in i1 90
的入射光线
产生的各种方向的出射光形成一个亮区i1； 90
的入
射光线被毛面BC面挡住不能进入棱镜而在出射面形成
S1
光源 分划板 物镜
白光光源
S2
毫米尺
目镜
半透半反镜
眼睛
实验内容—基本思路
选择合适的透镜作显微镜的物镜和目镜。固定 两透镜之间的距离，为测量显微镜的放大率，在目 镜后面放置一个与光轴成45度的半透半反镜，并 在与光轴垂直方向上相距25cm处放置毫米尺S2， 此时，眼睛可以同时看到S1经过显微镜放大的像和 S2未放大的像。稍许调节S1的位置，使两个像之间 无相对视差，从对应的刻线距离测量显微镜的视角 放大率。
计算极限角
i1m in

1 2
[(
左
-左 ）（右
-右 ）]
计算棱镜的折射率 n 1 (cos A sin i1min )2
sin A
注意事项
1.严格按分光计要求认真调节分光计。
2. 过零读数问题：在计算望远镜转过的角 度时，要注意游标是否经过了刻度盘的0 或360刻度线。若越过，则对旋转角度的 计算公式应予以修正。
旋转载物台，使光源只有入射角约90°的入射角射入
棱镜，其他入射光线的角度增大到大于90°，被BC面
挡住不能进入棱镜，这时棱镜的出射面只剩下90°掠
入射的出射线，观察到的视场将由亮柱进一步收窄成
为一条清晰的细亮线，如图（c）所示，此亮线即为原
来明暗场的分界线。记下左右游标读数左、右
。转动
望远镜到AC面的法线位置，记下两边游左标、右
f = XL - XA
实验原理
二、凹透镜焦距的测定 1.由辅助透镜成像法求凹透镜的焦距
11 1

u
uv f
v
光具座上的同轴等高调节
1. 粗调（目视调节） 2. 细调（以位移法为例）
C1 C2 C
（大像追小像） （小像调节接收屏，大像调节透镜 ）
实验内容
一、用物距象距法测量凸透镜的焦距
u f
射率。
图1 分光仪
分光计主要由三部分：望远镜，平行光管和主体(底座、 度盘和载物台)组成。望远镜的目镜叫做阿贝目镜，可以 将小灯泡的光引入分划板，当分划板的位置刚好在望远镜 的焦平面上时，从载物台上放置的平面镜上反射回来的光 正好落在分划板上形成一个清晰的十字象。
分光计的调节方法 调节要求
狭
白
缝
屏
测微目镜
D＞4f
1.实验光路调节
4）移去凸透镜，调节双棱镜的棱脊取向与狭缝 大致平行，同时减小狭缝宽度并微调棱脊取向 ，微调棱脊与狭缝严格平行，可以减小测微目 镜到双棱镜的距离，微调棱脊与狭缝严格平行 ，直到测微目镜中看到清晰的干涉条纹。
狭 缝
D
D＞4f
测微目镜
2.测量钠光灯的波长
1）测量干涉条纹的间距 x 。 固定狭缝、双棱镜及测微目镜在光具座上
游标的零刻度线 对准的刻度盘读 数为116°15’。
掠入射法-极限法
用单色面扩展光源（钠光灯前加一块毛玻璃）照射到棱镜AB面上。 当扩展光源出射的光线从各个方向射向AB面时，以90°入射的光 线1的内折射角最大，出射角最小。大于90°的入射光线不能进入 棱镜。这样，在AC面用望远镜观察时，将出现半明半暗的视场。 明暗视场的交线就是入射角为90°的光线的出射方向。
二、位移法（共轭法）测量凸透镜的焦距
L>4f
三、用自准直法测量凸透镜的焦距
四、由辅助透镜成像法测量凹透镜的焦距
注意事项
1.物距像距法中：由于透镜的光心不一定在底座 刻线的平面内，要消除这一系统误差，可以将透 镜反转，再测量一次，然后取其平均值。
2.共轭法中：间距 L不要取得太大，否则将使一 个象缩得很小，以致难以确定凸透镜成象最清晰 的位置。
的位置，调出干涉条纹，移动测微目镜经过15 个明条纹的数目，读出测微目镜移动的距离， 共测三组，算出条纹间距x；读出狭缝到测微 目镜的距离D，只读一次即可。
狭 缝
测微目镜
D
2.测量钠光灯的波长
2）测量两个虚光源S1、S2的间距 l
保持狭缝与双棱镜位置不变，在双棱镜和 测微目镜之间放上150mm凸透镜，并使测微目镜 与狭缝之间的距离大于4倍焦距，调节凸透镜可 以找到大像和小像的两虚光源。
2.测量三棱镜的顶角
将三棱镜放在载物台上，并使棱镜顶角对准平行
光管，平行光管射出的光束照在棱镜的两个光学
表面上。从棱镜左边反射的光可将望远镜转至Ⅰ
处观察，用望远镜微调螺钉使叉丝对准狭缝像，
可从两个游标刻度上读出角度 、左 右
再将望远镜转至Ⅱ处观察从棱镜右边出射的光，
又可从两个游标刻度上读出角度
3.清晰像的判断：边界清晰、不变形、亮度高。 最好用左右逼近法读数。
光学实验---显微镜和望远镜
成实像：照相机、投影仪、幻灯机 等：可以用屏幕接收。 成 像 仪 器 成虚像：放大镜、显微镜、望远镜： 需要用眼睛观察——助视仪
实验原理
1.放大镜：一个焦距f比明视距离s0=25cm小得
多的凸透镜，凸透镜所成的像对眼睛所张
端面
楔角
菲涅耳双棱镜是将一块平玻璃板的上表面加工 成两楔形，楔角较小（一般小于1度），这种棱镜称 为双棱镜。
Q
x
l sin l xk k
D
l xk1 (k 1)
D
x D
l
x l
D
1.实验光路调节
1）打开钠光灯、在光具座上放入可调狭缝、 150mm凸透镜、白屏，先粗调、后细调，移动 凸透镜成大像时，调节凸透镜；成小像时， 调节白屏；使可调狭缝的大像、小像的中心 处于白屏上同一点。
物体位于物镜前方，离开物镜的距离大于 物镜的焦距，但小于两倍物镜焦距。
经物镜以后，物体形成一个倒立的放大的
实像I1。I1靠近目镜焦点Fe的位置上，再经 目镜放大为虚像I2后供眼睛观察。
I0
f1
I1 f 2
I2 I
显微镜原理
I0
f1
I1 f 2
I2 I
视角放大率定义与放大镜同：虚像I的视角 与物体在明视距离时的视角 之比，在傍轴条件
狭
白
缝
屏
D＞4f
1.实验光路调节
2）将双棱镜置于可调狭缝10cm左右，并目视 调其高低左右与原光路共轴，纵向微调双棱 镜，使白屏上出现的两个虚光源S1、S2像的光 强基本相同。
狭
白
缝
屏
D＞4f
1.实验光路调节
3）用测微目镜代替白屏，目视调节测微目镜 高低左右与原光路共轴，并微调测微目镜， 使移动凸透镜时候仍然能看到大像和小像的 虚光源S1、S2 ，且光强基本相同。
凸、凹透镜的作用：
薄透镜成像规律
u
v
1+ 1= 1 uv f
实验原理
一、凸透镜焦距的测定 1. 物距像距法（公式法）
u
v
1+ 1= 1 uv f
f = uv u+ v
实验原理
一、凸透镜焦距的测定 2.贝塞尔法（位移法、共轭法、二次成像法
）
f L2 l 2 4L
实验原理
一、凸透镜焦距的测定 3.自准直法（平面镜法、物象共面法）
光学实验
透镜焦距的测量 自组显微镜 双棱镜干涉测钠光波长 分光计调整并用掠入射测量折射率 观察等厚干涉-牛顿环与劈尖干涉 观察定域和非定域干涉——迈克尔孙干涉仪
光学实验---透镜焦距的测量
实验目的
1.学习测量薄透镜焦距的几种方法； 2.掌握简单光路的分析和调整方法； 3.了解透镜成像原理，观察透镜成像的像差。
实验内容
1.选取不同焦距两个凸透镜作为物镜和目镜;
2.打开溴钨灯，在目镜后观察，并调节1/10毫 米分划板，使得标尺目镜中观察到清晰的分 划板刻度且充满整个视场；
4.在目镜后放置与显微镜光轴成45度的透射反 射镜，并在距光轴25厘米处（可视距离）放 置标准毫米尺，打开汞灯；
4.读出分划板上某一长度对应标准毫米尺的长 度；

'
左、

' 右
1(
24
左


' 左

右


' 右
）
平行光管
望远镜1


测量图
望远镜2
C
3.掠入射法测量极限角
调整分光计，使钠光灯位于AB的延长线上； 在三棱镜的B角处放置毛玻璃瓶作为扩展光源，方
向略平行于AB面的法线； 眼睛在AC面出射光方向可找到一个明暗分界区。
3.掠入射法测量折射率
暗区；在i1 i1min 的区域由于没有光线从棱镜出来，在
出射面相应的区域形成暗区。如图（a）所示
顺时针缓慢旋转载物台，随着入射光线角 度的不断增大，如图（b）所示，能够进入 到棱镜的光线不断减少。随着出射光线的 减少和出射角的减小，导致出射角最大的 光线与最小的光线之间的夹角不断减小， 从AC面射出光线的角度范围不断地收窄， 因此望远镜中观察到的亮柱不断地收窄， 如图（b）所示。
5.计算放大率=像的长度/物的长度。
光学实验---双棱镜干涉测钠光波长
实验目的
1.掌握获得双光束干涉条纹的一种方法，进 一步理解光的干涉本质。
2.学习一种测量光波波长的方法。 3.学会测微目镜的使用。
干涉条件：振动方向相同、频率相同、相位差恒定。
典型的两种干涉：
(分波阵面法）
(分波阵面法）
棱脊
实验目的
1. 通过实验掌握显微镜的基本原理； 2. 设计组装显微镜; 3. 测量自组显微镜的放大率。
显微镜原理
主要用于观察近处的微小物体，作用是增大观 察物对眼睛的张角，起到视角放大的作用。光学系 统由物镜和目镜组成，物体首先通过物镜成一中间 像，通过目镜观察，对物体的放大能力通过视角放 大率表示。