双棱镜干涉测光波波长
双棱镜测定光波波长误差
双棱镜测定光波波长误差
双棱镜测定光波波长误差是一种常见的测量光波波长的方法。
其原理是利用两个平行的玻璃棱镜将光线分离，然后通过调整入射角度和棱镜间距来观察干涉条纹的变化，从而计算出光波波长。
误差来源主要有两个方面：
1. 玻璃棱镜的误差：玻璃棱镜的折射率和厚度都会对测量结果产生影响，因此需要在测量前对棱镜进行校准和精确测量。
2. 实验环境的误差：例如温度、气压等环境因素会对光线传播产生影响，因此需要在实验中控制好环境因素，以保证测量结果的准确性。
总的来说，双棱镜测定光波波长误差是存在的，需要在实验中注意各种误差因素，以保证测量结果的准确性。
用双棱镜干涉测光波波长的实验报告
用双棱镜干涉测光波波长的实验报告【实验目的】1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解．2．学会用双棱镜测定钠光的波长．【实验仪器】光具座，单色光源(钠灯)，可调狭缝，双棱镜，辅助透镜(两片)，测微目镜，白屏．【实验原理】如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光的干涉．菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象．图中AB 是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小(一般小于10)．从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ，使S 成为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S 发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠．区域P1P2内产生干涉．当观察屏P 离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗相间的、等间距干涉条纹．图1 图2 设两虚光源S1和S2之间的距离为d '，虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S 的平面内)到观察屏P 的距离为d ，且d d <<'，干涉条纹间距为x ∆，则实验所用光源的波长λ为 x d d ∆'=λ因此，只要测出d '、d 和x ∆，就可用公式计算出光波波长．【实验内容】1．调节共轴(1)按图1所示次序，将单色光源M ，会聚透镜L ，狭缝S ，双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝S 的取向大体平行．(2)点亮光源M ，通过透镜L 照亮狭缝S ，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜?当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移?根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴．2．调节干涉条纹(1)减小狭缝S 的宽度，绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB ，当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹．(2)在看到清晰的干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当．同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加狭缝S 的缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度．(注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S1、S2间距也将减小，这对d '的测量不利．)3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹的间距x ∆．为了提高测量精度，可测出n 条(10～20条) 干涉条纹的间距x ，除以n ，即得x ∆．测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过n 个条纹，读出两次读数．重复测量几次，求出x ∆． (2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离d ．由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜的分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误差．测量几次，求出d ．(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d '．参见图3，保持狭缝S 与双棱镜AB 的位置不变，即与测量干涉条纹间距x ∆时的相同(问：为什么不许动?)，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为f '的会聚透镜L '，移动测微目镜使它到狭缝S 的距离f d '>4，然后维持恒定．沿光具座前后移动透镜L '，就可以在L '的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源S1和S2经透镜所成的实像1S '和2S '，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像．分别测得两放大像的间距1d 和两缩小像的间距2d ，则按下式即可求得两虚光源的间距值d '． d '．多测几次，取平均21d d d ='图3 (4)用所测得的x ∆、d '、d 值，代入式(7-1)，求出光源的波长λ．(5)计算波长测量值的标准不确定度．【注意事项】(1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定．(2)在测量d 值时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线(支架中心)共面，必须引人相应的修正(例如，GP 一78型光具座，狭缝平面位置的修正量为42.5mm ，MCU 一15型测微目镜分划板平面的修正量为27.0mm)，否则将引起较大的系统误差．(3)测量d1、d2时，由于透镜像差的影响，将引入较大误差，可在透镜L '上加一直径约lcm 的圆孔光阑(用黑纸)以增加d1、d2测量的精确度．(可对比一下加或不加光阑的测量结果．)【思考】1．双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝?为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才可以得到清晰的干涉条纹?2．试证明公式21d d d ='THANKS致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习课件等等打造全网一站式需求欢迎您的下载，资料仅供参考。
双棱镜干涉法测波长
实验公式
o
上下表面光程差:
R
2h 2
1
曲率半径：
r2
h
R
Dm2
D
2 n
4(m n)
分光原理
小型棱镜摄谱仪
n n
暗箱，放底板处
可调狭缝和哈特曼光阑
内部光路图
P
L1
S1
L
S
L2
S 光源； S1 狭缝；L 会聚透镜；L1 准直管透镜
L3
P 恒偏向棱镜；L2、 L3照相透镜；F 照相底板
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不透光
ab
透光
d
光栅常数为：d a b
光栅衍射
用分光计测 量各级衍射谱线 的衍射角
光 波长 栅 光 源 透 平行光 狭镜 缝
平行光垂直入射时，光栅方程为:
d sin k k 0,1,2,
角色散率
Dk
d
k cosk
分辨本领 R kN
d1 d2
分光计的调节与使用
分光计的构造
望远镜
目镜
望远镜仰 角调节
准直管
分光计的调节步骤
狭缝宽 度调节
准直管仰 角调节
❖ 目测粗调； ❖ 望远镜适合平行光； ❖ 望远镜轴线垂直被测面； ❖ 准直管出射平行光； ❖ 望远镜、准直管轴线重合。
望远镜 望远镜 载物台 游标盘
微调
止动
调平
止动
标准
分光计的调节要求
双棱镜干涉法测波长
ThomasYoung(1773~1829) 1801年，英国物理学家托马斯 . 杨用双缝干涉实验验证了光的波 动性，并测出了光的波长。
普物实验：复习-双棱镜干涉测波长
3．试证明公式 d'
因当两次成像时,如图,有
u v u v
d’
即所谓共轭.又因,
d 1d2
d' u
d' u
u
d1 v
d2 v
由上两式得:
d' 2 1
d1d2
所以
d'
d 1d2
v u'
L
d1 d2
v'
附：共轭的证明
按照透镜成像公式，在O1处
d’
1 1 1 u Lu f
在O2处
u
1 1 1
4、在双棱镜测定光波波长实验中,你能想出其他方法 测量两个虚光源到测微目镜之间的间距吗?
用双棱镜测定光波波长
一、干涉相关知识 二、实验基本原理 三、如何测量D、d、Δx 四、元件共轴调节 五、实验常见问题及处理
若S1和S2发之间的距离为d ’，S至观察屏的距离为d，
Po为屏上与S1及S2等距离的点，在该点处两束光波 的光程差也为零，因而两波相互加强而成零级的亮 条纹。在Po点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹。
d’
d
设S1和S2到屏上距Po点的距离为Xk的Pk点的光 程差为δ ，当d >> d’、d >>X 时，有：
d x
d
如果测得d，d‘及便可由式求出 λ值。
二.如何测量测量d、d’、Δx
用两次成像法测量d、d’，如下图示意：
d’
d1 d2
测微目镜测量放大和缩小虚光源的间距（d1、d2）
d d1d2
ud vd f
因上两式等号右边相等， 而v=L－u，解得
u Ld 2
v=L－u= L- L 2=d
双棱镜干涉测波长
大
学
物
理
实
验
从表中有关数据可知，
d1 =1.417mm
d2 = 0.422mm
d = d1d2 = 0.773mm
D = 556.5mm
L = l2 − l1 =18.65cm
将上述相关数据代入（2-5）式可知， 验测量值与公认值相对百分误差
λ − λ公 ×100% = 2.5% E= λ公
λ = 574.7（nm）实
大
学
物
理
实
验
大
学
物
理
实
验
参考数据
1．测量干涉条纹间距ΔX数据记录表
干涉条纹序号 条纹位置X(cm) 1 1.505 11 5.683
ΔX = ( X 11 − X 1 ) /10
0.413
2．测量d、L、D原始数据记录表
测量次数 透镜L1的位置 (cm) 虚光源像位置读数(mm) 虚光源像间距d1(mm) 透镜L2的位置 (cm) 虚光源像位置读数(mm) 虚光源像间距d2(mm) 1 21.60 4.128 5.545 1.417 39.25 3.419 3.841 0.422
P B S1 d S S2
D
大
学
物
理
实
验
条纹间距与光程差及其它几何量之关系
PK+1 PK
S1
θ θ
P0
XK
XK+1
d
S2 Δ
D
λ=
d ΔX D
大
学
物
理
实
验
双棱镜干涉实验装置图
M Q L1 S
D= d 2 + d1 d 2 − d1 L
双棱镜测定光波波长为多少
双棱镜测定光波波长为多少
双棱镜测定光波波长的原理是利用光的干涉现象。
当光通过双棱镜时，会发生干涉现象，形成明暗交替的干涉条纹。
根据干涉条纹的间距和双棱镜的几何参数，可以计算出光波的波长。
具体计算公式如下：
λ= (m * d) / (2 * n * sin(θ))
其中，λ表示光波的波长，m表示干涉条纹的次数（即明暗交替的条纹数），d 表示双棱镜的厚度，n表示双棱镜的折射率，θ表示光线入射到双棱镜上的角度。
通过测量干涉条纹的间距和双棱镜的几何参数，可以使用上述公式计算出光波的波长。
利用双棱镜测定光波波长
利用双棱镜测定光波波长【实验目的】1.掌握利用分割波前实现双光束干涉的方法;2. 观察光场空间相干性;3.用菲涅耳双棱镜测量钠光光波波长。
【仪器及用具】钠光灯、双棱镜、光具座、凸透镜、测微目镜、单缝、辅助棒。
【实验原理】一般情况下两个独立的光源（除激光光源外）不可能产生干涉。
要观察干涉现象必须用光学方法将一个原始光点（振源）分成两个位相差不变的辐射中心，即造成“相干光源”。
分割的方法有两种，即波前分割法和振辐分割法，波前分割的装置有双面镜，双棱镜等，。
本实验采用菲涅耳双棱镜进行波前分割，从而获得相干光，实现光的干涉。
Q-钠光灯 1L -透镜 S-单缝 B-双棱镜 2L -辅助成像透镜 M-测微目 图18-1用菲涅耳双棱镜测量钠光波长实验装置实验装置如图18-1所示。
，各器件均安置在光具座上，Q 为钠光灯；S 为宽度及取向可调单缝；透镜1L 将光源Q 发出的光会聚于单缝S 上，以提高照明单缝上的光强度；B 为双棱镜；1L 为辅助成像透镜，用来测量两虚光源1S 、2S 之间的距离d ；M 为测微目镜。
菲涅耳双棱镜是由两块底边相接、折射棱角 小于1°的直角棱镜组成的。
从单缝发出的光经双棱镜折射后，形成两束犹如从虚光源发出的频率相同、振动方向相同、并且在相遇点有恒定相位差的相干光束，它们在空间传播时，有一部分彼此重叠而形成干涉场。
如图18-2所示.图18-2设由双棱镜B 所产生的两相干虚光源1S 、2S 间距为d ，观察屏P 到1S 、2S 平面的距离为D 。
若P 上的0P 点到1S 和2S 的距离相等，则1S 和2S 发出的光波到0P 的光程也相等，因而在0P 点相互加强而形成中央明条纹(零级干涉条纹)。
设1S 和2S 到屏上任一点k P 的光程差为D ，k P 与的距0P 离为k X ，则当d <<D 和k X <<D 时，可得到kX d D∆=(18-1) 当光程差为∆波长的整数倍，即(K =0、1、2、···)时，得到明条纹。
用双棱镜测光波波长
用双棱镜测光波波长一、实验目的：1、熟练掌握光路的等高共轴技术；2、观察和描述双棱镜干涉现象及特点，体会如何保证实验条件；3、用双棱镜测光波波长。
二、实验仪器钠光灯、光具座、可调单缝狭缝、菲涅耳双棱镜，测微目镜、凸透镜。
三、实验原理频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的相位差不随时间而变化，这两列波在空中相交的区域，光强不均，某些地方加强，另一些地方减弱，这种现象称为光的干涉。
要获得稳定的干涉条纹，必须有满足相干条件的两个相干光源。
利用菲涅尔双棱镜产生相干光束是获得相干光源的一种方法。
从光源发出的光，经双棱镜折射后分两束，这两束光好像分别从两个光源1S 、2S 发出的一样。
满足相干条件，则在两束光相遇的空间形成稳定的干涉场在光路中垂直放一光屏，在屏上即可形成明暗相间的干涉条纹。
由图二可知，由1s 、2s 发出的光线到达P 点的光程差为：21L r r ∆=-22212222()2()2a r D x a r D x =--=+- 图一 菲涅尔双棱镜干涉 图二 双棱镜干涉光程差计算图又,0a x 则2221122ax ax L r r r r D∆=-==+ 若λ为光源发出的单色光波长，干涉最大和最小的光程差分别为：0121()2k ax L k D k λλ⎧⎪∆===±±⎨+⎪⎩ 明条纹，，，暗条纹 两相邻干涉明或暗条纹的间距为：D a x x a Dλλ∆=⇒=∆ x ∆：两相邻条纹之间的间距；D ：虚光源到观察屏间的距离；a ：两虚光源之间的距离。
实验中用凸透镜成像法测a 的值：实验时，使干涉条纹落在测微目镜分划板上，测条纹间距x ∆和对应的D ，用凸透镜成像法测a ，代入②式，即可求出λ的值。
四、实验内容及要求：1、调节光学元件等高共轴。
调节光源狭缝，双棱镜，测微目镜等高共轴，并使狭缝方向与双棱镜的棱脊沿竖直方向平行。
2、调节出清晰的干涉条纹开启光源，调节光源的放置位置，并调节光路，使从光源发出的光经过狭缝对称的照到双棱镜棱脊的两侧。
双棱镜干涉测量光波波长实验报告
双棱镜干涉测量光波波长实验报告示例文章篇一：《双棱镜干涉测量光波波长实验报告》嘿，亲爱的小伙伴们！今天我要跟你们分享一个超级神奇的实验——双棱镜干涉测量光波波长！实验开始前，我满心期待，就像要去探索一个神秘的宝藏一样！老师把实验器材摆在桌上，那一堆东西看着就让人兴奋不已。
我和小伙伴小明、小红一组，我们仨围在实验桌前，眼睛都直勾勾地盯着那些器材。
老师先给我们讲解了原理，可我一开始听得云里雾里的，心里直犯嘀咕：“这能行吗？”不过，等老师亲自示范了一遍，我好像有点明白了。
这不就像我们一起跳绳，绳子甩起来形成的波浪一样嘛！我们开始动手啦！小明负责调整仪器的位置，那认真的模样，仿佛他是个专业的科学家。
我呢，负责记录数据，眼睛都不敢眨一下，生怕错过了什么重要的信息。
小红则在旁边给我们加油打气，还时不时地提醒我们要小心操作。
“哎呀，小明，你轻点儿，别把仪器碰坏啦！”我着急地喊道。
“放心吧，我心里有数！”小明自信地回答。
经过一番努力，我们终于看到了干涉条纹。
“哇塞，这也太漂亮了吧！”小红忍不住惊叹起来。
我们仔细地观察着条纹，测量着数据。
这过程可不轻松，一会儿这个数据不对，一会儿那个角度又偏了。
我都有点不耐烦了，“怎么这么麻烦呀！”但是，一想到马上就能得出结果，我们又鼓足了劲儿。
终于，所有的数据都测量好了，接下来就是计算波长啦。
这可真是个考验耐心和细心的活儿。
“哎呀，我算得脑袋都大了！”我抱怨着。
“别着急，咱们慢慢算，肯定能算对的。
”小明安慰我。
经过反复的计算和核对，我们得出了结果。
当看到那个数字的时候，我们高兴得差点跳起来。
这次实验可真是太有趣啦！它让我明白，科学可不是随便玩玩的，需要我们认真、耐心，还得团结协作。
难道这不是一次让人难忘的经历吗？难道我们从中学到的知识还不够多吗？我觉得这次实验就像一场冒险，充满了挑战和惊喜！我的观点就是：通过这次实验，我不仅学到了知识，还懂得了合作的重要性，以后我要更加努力地探索科学的奥秘！示例文章篇二：《双棱镜干涉测量光波波长实验报告》哇塞！今天我们在学校做了一个超级有趣的实验——双棱镜干涉测量光波波长！这可把我激动坏了！实验开始前，老师把我们分成了几个小组。
普物实验：复习-双棱镜干涉测波长
四.实验仪器
干涉 滤波 片
可调 狭缝
双棱镜 凸透镜
测微 目镜
辅助屏
五.实验常见问题及处理
1.测量仪器没有调节好就开始测量数据。实验中通 过测微目镜来测量数据，首先要调节测微目镜的 可旋转目镜部分，将分划板上的叉丝调节到自己 认为最清晰，方可开始后面的测量。
2.用测微目镜测量数据，在具体的操作中转动读数 鼓轮时同样要克服螺距差。
d’
d
设S1和S2到屏上距Po点的距离为Xk的Pk点的光 程差为δ ，当d >> d’、d >>X 时，有：
d x
d
如果测得d，d‘及便可由式求出 λ值。
二.如何测量测量d、d’、Δx
用两次成像法测量d、d’，如下图示意：
d’
d1 d2
测微目镜测量放大和缩小虚光源的间距（d1、d2）
d d1d2
测量 Δx
10Δx
直接用测微目镜测量多条干涉条纹间距nΔX 注意:用测微目镜测量时，要克服螺距差
三.元件共轴调节
实验装置应调节到下述状态： （1）光具座上各元件等高共轴。 （2）双棱镜的棱脊严格平行于狭缝，且狭缝
宽度适当，以获得清晰的干涉条纹。
具体调节方法如下： 1.调节单狭缝与双棱镜以及测微目镜共轴。（利用 白光干涉中心位置的移动调节） 2.调节透镜使其与上述系统共轴。（可参考透镜焦 距测量实验）
4、在双棱镜测定光波波长实验中,你能想出其他方法 测量两个虚光源到测微目镜之间的间距吗?
用双棱镜测定光波波长
一、干涉相关知识 二、实验基本原理 三、如何测量D、d、Δx 四、元件共轴调节 五、实验常见问题及处理
若S1和S2发之间的距离为d ’，S至观察屏的距离为d，
用双棱镜干涉测光波波长
⽤双棱镜⼲涉测光波波长实验名称⽤双棱镜⼲涉测光波波长1、进⼀步掌握同轴等⾼光路的调节⽅法。
2、观察双棱镜产⽣的双光束⼲涉现象，进⼀步认清光的波动特性。
3、学会⽤双棱镜测量钠光波长的⽅法。
1、掌握同轴等⾼光路的调节⽅法。
2、通过观察双棱镜产⽣的双光束⼲涉现象，理解产⽣⼲涉的条件。
理论联系实际；实验观察与⽐较；精讲与指导讨论相结合。
3个学时⼀、前⾔法国科学家菲涅⽿（Augustin J.Fresnel）在1826年进⾏的双棱镜实验证明了光的⼲涉现象的存在，它不借助光的衍射⽽形成分波⾯⼲涉，⽤毫⽶级的测量得到纳⽶级的精度，其物理思想、实验⽅法与测量技巧⾄今仍然值得我们学习。
本实验通过⽤菲涅⽿双棱镜对钠光波长的测量，要求掌握光的⼲涉的有关原理和光学测量的⼀些基本技巧，特别要学习在光学实验中如何计算测量结果的不确定度。
⼆、教学⽬的1、进⼀步掌握同轴等⾼光路的调节⽅法。
2、观察双棱镜产⽣的双光束⼲涉现象，进⼀步认清光的波动特性。
3、通过观察双棱镜产⽣的双光束⼲涉现象，理解产⽣⼲涉的条件。
三、教学重、难点1、掌握同轴等⾼光路的调节⽅法。
2、掌握⽤驻波法和相位⽐较法测超声波波长的⽅法。
四、实验原理如果两列频率相同的光波沿着⼏乎相同的⽅向传播，并且这两列光波的位相差不随时间⽽变化，那么在两列光波相交的区域内，光强的分布不是均匀的，⽽是在某些地⽅表现为加强，在另⼀些地⽅表现为减弱(甚⾄可能为零)，这种现象称为光的⼲涉。
菲涅⽿利⽤如图1所⽰装置，获得了双光束的⼲涉现象．图中双棱镜B是⼀个分割波前的分束器，它的外形结构如图2所⽰．将⼀块平玻璃板的上表⾯加⼯成两楔形板，端⾯与棱脊垂直，楔⾓较⼩(⼀般⼩于1°). 当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜B 上时，借助棱镜界⾯的两次折射，其波前便分割成两部分，形成沿不同⽅向传播的两束相⼲柱波．通过双棱镜观察这两束光，就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的⼀样，故在两束光相互交叠区域内产⽣⼲涉．如果狭缝的宽度较⼩且双棱镜的棱脊和光源狭缝平⾏，便可在光屏Q 上观察到平⾏于狭缝的等间距⼲涉条纹。
实验六-双棱镜干涉测波长
实验六用双棱镜测定光波长光的干涉是普遍的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据．两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的光在空间相交区域光强将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象．光的波长虽然很短(4×10-7～8×10-7m之间)，但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得．根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究和照相技术等领域有着广泛地应用．·实验目的1.掌握利用双棱镜获得双束光干涉的方法，观察干涉图样的特点，加深对干涉的理解；2.学习用双棱镜测定钠光的波长；3.进一步熟悉测微目镜的使用与测量方法；4.熟悉干涉装置的光路调节技术，深刻理解多元件等高共轴调节的重要性，掌握有关调节方法．·实验仪器双棱镜、可调狭缝、辅助（凸）透镜、测微目镜、光具座、白屏、钠光灯等．双棱镜是一个分割波前的分束器，形状如图6-1示，其端面与棱脊垂直，楔角很小（一般为37'或40'），从外表看，就像一块平行的玻璃板．折射面折射棱角图6-1 双棱镜示意图·实验原理狭缝光源S发射的光束，经双棱镜折射后变为两束相干光，在它们的重叠区内，将产生干涉，形成明暗相间的干涉条纹，这两束相干光可认为是由实际光源S的两个虚像S1、S2发出的，称S1、S2为虚光源．如图6-2所示．S S1 S2O Ex2a图6-2 双棱镜产生的相干光束示意图干涉条纹以O点为对称点上下展开．用不同的单色光源作实验时，各亮条纹的距离也不同，波长越短的单色光，条纹越密；波长越长的单色光，条纹越疏．如果用白色光作实验，则只有中央亮条纹是白色的，其余条纹在中央白条纹两边，形成由紫到红的彩色条纹．利用干涉条纹可测出单色光的波长．单色光的波长λ由下式决定：xDd∆=λ（6-1）式中d为两虚光源S1、S2间的距离、x∆为干涉条纹间距、D为虚光源到观察屏的距离．由（6-1）式可知，测得相邻条纹间距x∆、狭缝（光源）到测微目镜分化板的距离D及两虚光源之间的距离d，便可求出入射光的波长λ．·实验内容与步骤一、调整光路按图6-3布置光路，由光源发出的光通过狭缝变为缝光源，再经双棱镜折射，就可获得两个相干光源，因而能在测微目镜里看到干涉条纹．图6-3 双棱镜干涉装置图1．光学元件同轴等高的调节点亮光源，先将狭缝稍放大点，光具座上只放光源、狭缝、透镜，观察屏放在测微目镜位置．调狭缝中心与透镜的主光轴共轴，并使主光轴平行于导轨（共轴等高调节方法见薄透镜焦距的测定）．再放入双棱镜，并调节左右高低，使屏上出现两个强度相同、等高并列的虚光源的像．最后用测微目镜代替观察屏，调节测微目镜，使两个虚光源的像位于测微目镜中心．2．调节狭缝与双棱镜的棱脊平行调节狭缝架上的方向旋钮，观察者在双棱镜的另一侧，逆着光路透过双棱镜观察，直到同时看到两个虚光源为止． 二、调出清晰的干涉条纹取下透镜，缩小狭缝，并用目镜观察是否有干涉条纹出现．若没有，调节狭缝架上的方向旋钮，使能清楚地看出干涉条纹为止，再适当调节缝宽，使干涉条纹较清晰．三、测干涉条纹宽度∆x调节狭缝、双棱镜及测微目镜的相对位置，使目镜视野中至少能够看清15条以上的干涉条纹（条纹宽度不能过窄）．将双棱镜和测微目镜锁紧，（在后期的整个测量过程中，都不能移动双棱镜的位置）将目镜叉丝对准所选定的某条暗纹的一侧，从镜里的标尺及旋钮上记下读数x 1，再转动旋钮，使叉丝经10条暗纹的同侧，记下读数x 2，由（6-2）式即可求得x ∆，如图6-4．测3-5组，取平均．10||21x x x -=∆ （6-2）x∆四、测虚光源到观察屏的距离D双棱镜的楔角小于1°，可近似认为虚光源与狭缝在同一平面，测量过程中，我们是用测微目镜进行观察的，因此D 实际上应该为狭缝到测微目镜分划板的距离．由于狭缝所在平面与光具座滑座的中心不重合，并且测微目镜分划板平面也不与光具座滑座的中心重合，因此必须进行修正．如图6-5所示,e s Y Y D s e ∆+∆+-= （6-3）式中s Y 为狭缝滑座中心的位置；e Y 为测微目镜滑座中心的位置；s ∆为狭缝到滑座中心的距离，00.42≈∆s mm ；e ∆为测微目镜分划板到滑座中心的距离，15.37≈∆e mm ．图6-5 狭缝到观察屏的修正距离五、测两虚光源之间的距离d将测微目镜取下，插入光屏，移动光屏使狭缝到光屏的距离大于辅助透镜焦距的4倍，固定光屏．将凸透镜置于双棱镜与光屏之间，移动透镜，在光屏上可有两次呈像，此时可利用二次呈像法测虚光源的距离．测量之前要利用小像追大像法再次调共轴（调节过程见薄透镜焦距测定）．而若光具座较短或透镜焦距过小，此时虚光源经透镜只能呈一次像，此时只能用物距像距法测虚两光源的距离（两虚光源的像，应为两条亮度相同的平行线）．YeYs Ye-YsΔSΔeD1．二次呈像法两虚光源之间的距离d 需借助透镜将两条虚光源成像在测微目镜叉丝板上进行测量．当虚光源平面与测微目镜的叉丝板相距大于4倍透镜焦距值时，透镜在物、像平面之间有两个共轭成像点，透镜在这两点分别将虚光源放大或缩小成像在测微目镜的叉丝板上，用测微目镜分别测量在这两次成像时像面上的两条亮线的距离（两虚光源像的距离），两虚光源之间的距离为：21d d d = （6-4）式中为1d 为虚光源两放大像之间的距离；2d 为虚光源两缩小像之间的距离．放大像与缩小像各测5组，求其平均值．2．物距像距法在双棱镜与目镜间加上凸透镜，调节透镜高度，并前后移动透镜，在目镜中看到二虚光源S 1、S 2的像S 1'、S 2'．将目镜叉丝先后对准S 1'和S 2'，测出其间之距离为d '（如图6-6所示）．然后根据透镜成像公式（5），即可求得二虚光源的距离d ．'d BAd =（6-5） 2a S 1S 22a'S 1'S 2'AB图6-6 测虚光源成像光路图式中A 为物距（狭缝到透镜距离），B 为像距（透镜到测微目镜分划板距离）．A 和B 可从光具座上测出，注意修正狭缝和测微目镜的附加距离．·实验数据测量1.干涉条纹间距测量数据记录表 单组测量条纹间距数n =条纹序号 1 2 3 4 5 条纹位置X i (mm )条纹序号1+n2+n3+n4+n5+nd d '条纹位置X i +n (mm )X i +n - X i (mm ) 条纹间距Δx i (mm )2.狭缝平面与测微目镜叉丝面之间的距离D 测量数据表狭缝座位置 Y s (mm) 目镜座位置 Y e (mm) 狭缝面相对座中心 偏移Δs (mm) 叉丝面相对座中心 偏移Δe (mm) D =|Y e -Y s |+Δs +Δe(mm)3.两次成像法测两虚光源的间距d 数据记录表测量对象 放大像间距d 1测量 缩小像间距d 2测量第i 次 1 23412 34左像位置x li (mm)右像位置x ri (mm)d 1i / d 2i (mm)=1d mm =2d mm ==21d d d mm·实验注意事项1.严格进行共轴调节，该实验对共轴性要求非常严格，调节时可用白屏在外观察双缝所产生之光束是否亮波均匀，狭缝宽度必须适当；2.测微目镜读数时，读数鼓轮必须顺一个方向旋转，动作要平稳、缓慢，以免产生回程误差；3.测虚光源到测微目镜之距离时要注意修正；4.注意直接测量量与间接测量量单位的统一．·历史渊源与应用前景自1801年起，托马斯·杨在英国皇家学会连续宣读了数篇基于光的波动说分析干涉现象的论文，他所进行的著名的分波前双孔（缝）干涉实验以后被称为杨氏实验．杨氏实验在物理学史上有着重要的地位，将波动的空间周期性转化成干涉条纹的间距，通过对干涉条纹特性的分析得出了许多具有重要理论及实际意义的结论，从而大大丰富和深化了人们对干涉原理及光场相干性的认识．托马斯·杨让一束狭窄的日光通过不透明屏上的两个靠得很近的小缝后，再投到另一个屏上，此时屏上会出现彩色干涉条纹．历史上第一次用该方法获得了彩色干涉图样．菲涅尔双棱镜干涉实验就是在杨氏实验的基础上改进而来的，增加了相干波面的有效照明面积，从而增强了入射光强，使干涉现象明显，易于测量．该实验曾在历史上为确立光的波动学说起到了重要作用，它提供了一种直观、简捷、准确的测量光波长的方法．·与中学物理的衔接中学物理课标对双缝干涉及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉现象以及在生活、生产中的应用；2.用激光笔进行光的干涉实验；3.此实验是高考选考实验之一．·自主学习本实验的构思亮点：菲涅尔双棱镜干涉实验是分波面干涉实验的基本原型，非常巧妙地利用了光的空间相干性从自然光中获得了相干光源，不足之处是两束相干光路基本不能分开，难以实现广泛意义上的光学测量。
2021年用双棱镜干涉测光波波长的实验报告
用双棱镜干涉测光波波长试验汇报【试验目】1．掌握用双棱镜取得双光束干涉方法, 加深对干涉条件了解．2．学会用双棱镜测定钠光波长．【试验仪器】光具座, 单色光源(钠灯), 可调狭缝, 双棱镜, 辅助透镜(两片), 测微目镜, 白屏．【试验原理】假如两列频率相同光波沿着几乎相同方向传输, 而且它们位相差不随时间而改变, 那么在两列光波相交区域, 光强分布是不均匀, 而是在一些地方表现为加强, 在另部分地方表现为减弱(甚至可能为零), 这种现象称为光干涉．菲涅耳利用图1所表示装置, 取得了双光束干涉现象．图中AB 是双棱镜, 它外形结构如图2所表示, 将一块平玻璃板一个表面加工成两楔形板, 端面与棱脊垂直, 楔角A 较小(通常小于10)．从单色光源发出光经透镜L 会聚于狭缝S, 使S 成为含有较大亮度线状光源．从狭缝S 发出光, 经双棱镜折射后, 其波前被分割成两部分, 形成两束光, 就仿佛它们是由虚光源S1和S2发出一样, 满足相干光源条件, 所以在两束光交叠．区域P1P2内产生干涉．当观察屏P 离双棱镜足够远时, 在屏上可观察到平行于狭缝S 、 明暗相间、 等间距干涉条纹．图1 图2 设两虚光源S1和S2之间距离为d ', 虚光源所在平面(近似地在光源狭缝S 平面内)到观察屏P 距离为d , 且d d <<', 干涉条纹间距为x ∆, 则试验所用光源波长λ为 x d d ∆'=λ所以, 只要测出d '、 d 和x ∆, 就可用公式计算出光波波长．【试验内容】1．调整共轴(1)按图1所表示次序, 将单色光源M, 会聚透镜L, 狭缝S, 双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上．用目视法粗略地调整它们中心等高、 共轴, 棱脊和狭缝S 取向大致平行．(2)点亮光源M, 经过透镜L 照亮狭缝S, 用手执白纸屏在双棱镜后面检验: 经双棱镜折射后光束, 有否叠加区P1P2 (应更亮些)? 叠加区能否进入测微目镜? 当移动白屏时, 叠加区是否逐步向左、 右(或上、 下)偏移?依据观察到现象, 作出判定, 进行必需调整使之共轴．2．调整干涉条纹(1)减小狭缝S 宽度, 绕系统光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB, 当双棱镜棱脊与狭缝取向严格平行时, 从测微目镜中可观察到清楚干涉条纹．(2)在看到清楚干涉条纹后, 为便于测量, 将双棱镜或测微目镜前后移动, 使干涉条纹宽度合适．同时只要不影响条纹清楚度, 可合适增加狭缝S 缝宽, 以保持干涉条纹有足够亮度．(注: 双棱镜和狭缝距离不宜过小, 因为减小它们距离, S1、 S2间距也将减小, 这对d '测量不利．)3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹间距x ∆．为了提升测量精度, 可测出n 条(10～20条) 干涉条纹间距x, 除以n, 即得x ∆．测量时, 先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)中心, 然后旋转测微螺旋, 使叉丝移过n 个条纹, 读出两次读数．反复测量几次, 求出x ∆． (2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏距离d ．因为狭缝平面与其支架中心不重合, 且测微目镜分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合, 所以必需进行修正, 以免造成测量结果系统误差．测量几次, 求出d ．(3)用透镜两次成像法测两虚光源间距d '．参见图3, 保持狭缝S 与双棱镜AB 位置不变, 即与测量干涉条纹间距x ∆时相同(问: 为何不许动? ), 在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为f '会聚透镜L ', 移动测微目镜使它到狭缝S 距离f d '>4, 然后维持恒定．沿光具座前后移动透镜L ', 就能够在L '两个不一样位置上从测微目镜中看到两虚光源S1和S2经透镜所成实像1S '和2S ', 其中一组为放大实像, 另一组为缩小实像．分别测得两放大像间距1d 和两缩小像间距2d , 则按下式即可求得两虚光源间距d '．多测几次, 取平均值d '．21d d d ='图3(4)用所测得x ∆、 d '、 d 值, 代入式(7-1), 求出光源波长λ．(5)计算波长测量值标准不确定度．【注意事项】(1)使用测微目镜时, 首先要确定测微目镜读数装置分格精度, 要注意预防回程差, 旋转读数鼓轮时动作要平稳、 缓慢, 测量装置要保持稳定．(2)在测量d 值时, 因为狭缝平面和测微目镜分划板平面均不和光具座滑块读数准线(支架中心)共面, 必需引人对应修正(比如, GP 一78型光具座, 狭缝平面位置修正量为42.5mm, MCU 一15型测微目镜分划板平面修正量为27.0mm), 不然将引发较大系统误差．(3)测量d1、 d2时, 因为透镜像差影响, 将引入较大误差, 可在透镜L '上加一直径约lcm 圆孔光阑(用黑纸)以增加d1、 d2测量正确度．(可对比一下加或不加光阑测量结果．)【思索】1．双棱镜和光源之间为何要放一狭缝? 为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才能够得到清楚干涉条纹?2．试证实公式21d d d ='。
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大学物理实验课教案
虞学红（）一、教学课题
双棱镜干涉（教材光学实验部分，第131页—134页）
二、实验目的
1. 观察描述双棱镜干涉现象。
2. 理解产生干涉的条件。
3. 掌握用双棱镜干涉测定光波波长的方法。
三、重点和难点
重点：测微目镜的使用。
难点：相干光源的获得；虚光源间距的测量。
四、实验仪器
1：钠光灯；2：可调狭缝；3：双棱镜；4：测微目镜；
5：凸透镜；6：像屏；7：光具座及附件
五、实验原理
1、相干光源的获得（难点）
图1：虚光源示意图
如图所示，双棱镜AB是由两个折射角很小的直角棱镜组成的。
借助棱镜界面的两次折射，可将光源（单缝）发出的光的波阵面分成沿不同方向传播的两束光。
这两束光相当于由虚光源S1、S2发出的两束相干光，于是它们在相重叠的空间区域内产生干涉。
在接收装置——测微目镜上将看到明暗交替的干涉条纹。
2、波长计算公式的推导
图2：双棱镜干涉条纹计算图
设S1、S2的间距为d(右图)，由S1和S2到观察屏的距离为D。
若观察屏中央O点与S1和S2距离相等，则有S1和S2射来的两束光的光程差等于零，在O点处两光波互相加强，形成中央明条纹。
其余的明条纹分别排列在O点的两旁。
假定P是观察屏上任意一点，
它离中央O 点的距离为X 。
在D 较d 大很多时，则有
D x d ≈δ。
当λδk D xd == （⋅⋅⋅±±=2,1,0k ）或λk d
D x = (⋅⋅⋅±±=2,1,0k )，则两束光在P 点相互加强，形成明条纹。
当()212λδ-==k D xd （⋅⋅⋅±±=2,1,0k ）或()2
12λ-=k d D x （⋅⋅⋅±±=2,1,0k ），则两束光在P 点相互削弱，形成暗条纹。
相邻两明（或暗）条纹的距离为λD D x x x k k =
-=∆=1。
测出D 、d 和相邻两条纹的间距△X 后，由上式即可求得光波的波长。
x D
d ∆=λ 3、薄凸透镜两次成像法（共轭法）测虚光源间距（难点）
用透镜两次成像法测两虚光源的间距d 。
保持狭缝与双棱镜原来的位置不变。
在双棱镜和测微目镜之间放置一已知焦距为f 的会聚透镜L ，移动测微目镜使它到狭缝的距离大于4f 。
前后移动透镜和光屏，使狭缝经双棱镜折射而成的虚光源通过透镜在屏上成一清晰的像。
固定测微目镜于光屏的位置，分别测得两次清晰成像时实像的间距d1和d2。
各测3次，取其平均值，再计算21d d d =值
图3：两次成像法测虚光源的间距d
六、数据记录
结合数据记录，重点介绍测微目镜的使用。
介绍逐差法处理数据。
七、实验注意事项（在演示中强调并加以解释）
1 测微目镜读数时，读数鼓轮应始终沿同一个方向旋转，以免产生回程差。
2 保护光学元件，不可用手触摸光学面。
3 注意测微目镜的量程范围，不可使双刻线移动范围超出量程（0-8mm ）。
八、思考题（课堂随机布置，在实验报告中回答）
1．根据实验调节过程，说明得到清晰的、对比度好的干涉条纹的关键是什么？
答：为获得对比度好、清晰的干涉条纹，调节好的光路必须满足以下条件：（1）光路中各元件同轴等高。
（2）单缝与双棱镜棱脊严格平行，通过单缝的光对称地射在双棱镜的棱脊上。
（3）单缝宽窄合适，否则干涉条纹对比度很差。
2．结合实验现象，讨论分析单缝宽度对干涉现象的影响，改变单缝与双棱镜的间距时，干涉条纹的变化规律以及移动测微目镜时干涉条纹的变化情况。
答：单缝宽度与光波波长数量级接近时才会产生干涉现象，本实验中，要求缝宽小于0.5mm 。
只要不影响干涉条纹的清晰度，可适当增加缝宽，以保证干涉条纹有足够的亮度。
双棱镜和狭缝的距离减小时，虚光源间距d 也将减小，这对d 的测量不利，但干涉条纹会变密变清晰。
为便于测量，在看到清晰的干涉条纹后，应将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当后才开始测量。
3．双棱镜干涉条纹的空间分布有何特点？在实验中测量的相邻暗纹间距X ∆与什么有关？在实验中应注意什么？
4、逐差法处理数据的适用条件及其好处是什么？
5、推导两次成像法测虚光源间距的公式21d d d =。
九、实验报告的具体要求
1不要求做误差分析。
如果做误差分析，则建议的仪器误差如下：测微目镜mm 301.03=∆，光具座mm 33.04=∆。
2 为阐述原理而必要的原理图，应依次编号，安插在相应的文字附近，并标注图名。
3 对于需要进行数值计算而得出实验结果的，测量所得的原始数据必须如实代入计算公式，不能在公式后立即写出结果；
附件：实验步骤详解
（一）实验内容一：观察干涉现象，测量D 和x ∆。