物理实验思考题答案.doc

光学实验思考题集一、 薄透镜焦距的测定远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距？答：根据高斯公式1，有其空气中的表达式为，对于远方的物体有u，代入上式得fv，即像距为焦距。如何把几个光学元件调至等高共轴？粗调和细调应怎样进行？答：对于几个放在光具座上的光学元件，一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。 粗调将光学元件依次放在光具座上，使它们靠拢，用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。可分别调整：1) 等高。升降各光学元件支架，使各光学元件中心在同一高度。2) 共轴。调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝，使支架位于光具座中心轴线上，再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。细调（根据光学规律调整） 利用二次成像法调节。使屏与物之间的距离大于倍焦距，且二者的位置固定。移动透镜，使屏上先后出现清晰的大、小像，调节透镜或物，使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上，并且其中心重合。能用什么方法辨别出透镜的正负？答：方法一：手持透镜观察一近处物体，放大者为凸透镜，缩小者为凹透镜。方法二：将透镜放入光具座上，对箭物能成像于屏上者为凸透镜，不能成像于屏上者为凹透镜。测凹透镜焦距的实验成像条件是什么？两种测量方法的要领是什么？答： 一是要光线近轴，这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现；二是由于凹透镜为虚焦点，要测其焦距，必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物，先放凸透镜于光路中，移动辅助凸透镜与光屏，使箭物在光屏上成缩小的像（不应太小）后固定凸透镜，记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜于光路中，并移动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜（O2），并记下像的坐标位置（P）；此时O2Pu，O2Pv。用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物，取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸透镜（O1），记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜和平面镜于O1P之间，移动凹透镜，看到箭物平面上成清晰倒立实像时，记下凹透镜的坐标位置（O2），则有f2 O2P。共轭法测凸透镜焦距时，二次成像的条件是什么？有何优点？答：二次成像的条件是箭物与屏的距离D必须大于4倍凸透镜的焦距。用这种方法测量焦距，避免了测量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差，在理论上比较准确。6如何用自准成像法调平行光？其要领是什么？答：固定箭物和平面镜，移动箭物与平面镜之间的凸透镜，使其成清晰倒立实像于箭物平面上。此时，箭物发出的光经凸透镜后为平行光。其要领是箭物与平面镜间距要大于凸透镜焦距。7不同物距的物体经凸透镜成像时，像的清晰区大小是否相同？答：不相同。原因有二：一是不同区间的物其成像区间范围不相同，二是由于近轴光线条件不能满足，致使存在色像差。8用自准法测凸透镜焦距时，透镜光心偏离底座中心坐标时，应如何解决？答：由于透镜的光心不一定在底座刻线的平面内，所测结果可能偏大或偏小，要消除这一系统误差，可将透镜反转180,再测量一次，然后取其平均值。9分析测焦距时存在误差的主要原因。答：共轴等高调节不好；成像清晰范围找得不准；由于箭物所放位置不能测量或箭物倾斜没进行修正。10没有接收屏就看不到实像，这种说法正确吗？答：不正确。对于透镜，只要在它成像的范围内，用眼睛对着光线都能看到实像。11本实验介绍的几种测量凸透镜的方法，哪一种方法比较好？为什么？答：从道理上说位移法比较好，因为这种方法把焦距的测量归结于可以精确测量的量D和d的测量，避免了确定凸透镜光心位置不准带来的困难。12利用自准直法测凸透镜的焦距时，为什么会发现透镜能在两个不同位置，使 1 字孔屏上出现清晰的像？答：这是因为除了自准直法产生的哪个像外，凸透镜背对1字孔的那个凹面能象凹面反射镜那样成一个倒立的实像，只是这个像距比凸透镜的焦距小。13物距不同时，像的清晰范围是否相同？答：是不相同的。按近轴光学的分析，物距越大，像的清晰范围越大。14在测凸透镜焦距时，可以用测得的多组u 、v 值，以u /v （即像的放大率）作纵轴，以u作横轴，画出实验图线。试问这条实验图线具有什么形状?怎样从这条图线求出焦距f?答：由焦距计算公式：1/u+1/v=1/f整理后得：u/v=u/f-1。以u为横坐标，u/v为纵坐标作图为一直线，其斜率为1/f，进而可求得焦距。15.在透镜焦距测定过程中，有时没有看到1 字像，而看到灯丝的像，这是为什么？答：这是因为平行光没有完全调节好原因。16如何直接判断凸透镜和凹透镜？ 答：观察光线经过这两类透镜折射以后是否能会聚于一点。用手拿着透镜观察桌面上的字，如相同的高度，字放大的这块是凸透镜，字缩小的这块是凹透鏡。17凸透镜、凹透镜的定义及性质？答；中間厚邊緣薄的叫凸透鏡，中間薄边緣厚的叫凹透鏡。凸透鏡會令光线聚焦，令影像放大。凹透鏡会令光线发散開，令影像縮小。18测量凸透镜及凹透镜除书上的几种方法，还有其他方法吗？ 答：测量凸透镜及凹透镜除书上有成像公式法、位移法、自准直法、辅助透镜法和视差法。19公式法测凹透镜焦距时，凹透镜的位置如何放置？ 答：因为凹透镜不能成实象，所以要借助凸透镜来成象，凹透镜的位置应放在凸透镜第一次成象位置的后面、平面镜的前面。20公式法、位移法测透镜焦距时，加圆孔光阑时象如何变化，为什么？ 答：公式法、位移法测透镜焦距时，加圆孔光阑时象变得清晰。主要是把杂光去掉，使远轴光线变成近轴光线。21测量透镜焦距，选择放大的像还是缩小的像比较准确，为什么？ 答：测量透镜焦距，选择缩小的像比较准确，容易观察它的清晰度。如果在测凹透镜焦距时，如第一次就成一个大的象，然后再放上凹透镜，经发散象会更大，一象会不清晰，二会超出视场范围。22加圆孔光阑后，选择较远的像还是较近的像比较准确，为什么？ 答：加圆孔光阑后，选择较近的像比较准确，因为加上圆孔光阑后，光的能量会减少，如距离较远的话，由于光能的不足而影响象的清晰度。23自准直法则透镜焦距时，为什么不加圆孔光阑？ 答：自准直法则透镜焦距时，光经过平面镜反射路径长，光的能量要损耗，为了保证能量所以不加圆孔光阑。24如何测量凸透镜的曲率半径及折射率？ 答：用牛顿环放在读数显微镜上，测出它第K级的直径D，代入公式算出它的曲率半径及折射率。25测量时将透镜转过180，测量结果如何？为什么？ 答：测量时将透镜转过180，测量结果是相同的，因为这是在同一个介质空气中。26如何调节光具座上光学仪器的共轴？ 答：（1）粗调：用眼镜观察，使光具座上各元件等高，互相之间平行，中心在一条直线上。 （2）细调：利用位移法进一步调节各元件的共轴，移动凸透镜使两次在白屏所成的一个放大的像和一个缩小的像的中心重合。二、 光具组基点的测定 1. 为什么加上圆光阑时，象看起来清晰？答：把杂光去掉，主要使远轴光线变成近轴光线，象看就起来清晰。三、分光计的调节及棱镜玻璃折射率的测定1分光计的读数装置为什么要有两个读数窗?在测量角度时，读数应注意什么答：为了消除望远镜（即游标）和载物台（即度盘）得转动轴与中心轴不重和即偏心对测量的影响，在度盘一条直径的两端各安装一个游标，读数时，通过观察窗上部的放大镜观察刻度尺，分别对两个游标读数。2分光计的度尺根据游标原理刻成，在用分光计测量前是否需记下零读数（零差）?为什么?答：在用分光计测量前不需要记下零读数（零差），因为用分光计测角度实际上是测定处于与度盘平面平行的平面内，且通过中心轴的两束平行光束的夹角。3为什么用平面镜调节分光计平台时，要调相互垂直二次？答：因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。所以要调相互垂直二次。4在测三棱镜最小偏向角时，有时无论哪个方向转都没有最小偏向角，这是为什么？也可能转动三棱镜谱线（出射光线）没有动，这又是为什么？ 答：三棱镜的位置没有放好，光路没有调整好，三棱镜的磨砂面朝那个方向没定位正确，无论哪个方向转都没有最小偏向角。5测最小偏向角时，入射角、出射角关系如何？入射光线、出射光线关系如何？三棱镜中的光线方向如何？ 答：在测最小偏向角时，入射角和出射角相等，入射光线和出射光线在底边的两侧，并对称，三棱镜中的光线方向6阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？ 答：阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。7阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？ 答：阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。它有两种工作方式，即透射式和反射式。4 棱镜色散的研究1分光计实际调节的是哪三个面共面？ 答：（1）读数平面，（2）观察平面，（3）待测光路平面。2如何调节望远镜调焦无穷远？答：（1）旋转望远镜目镜，使目镜中的十字叉丝清晰。 （2）找到反射回来的绿色叉丝象，拉伸目镜镜筒，使之清晰，并使叉丝与叉丝象无视差，然后固定目镜。3用平面镜调节为什么要放二个位置来调节？答：因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。所以要调相互垂直二次。五、夫琅和费衍射的强度分布和观察1.实验中为什么要找出中央明纹的位置？本实验的最终目的是为了能做出光强度分布图，找出中央明纹的位置，使其极大值位于所测数据的中间位置，做出的图像才能够出现主极大和其两边的二级极大。2.实验中为什么要保证中央明纹的光电流值不要偏小？如果中央明纹的光电流值偏小，那么其他位置的光电流值将更小，自然光照射的光电流值给作图带来一定的麻烦，而且，做出的图效果也不好。3在单缝实验过程中，当缝宽b及缝到屏的间距d增大或减少时，条纹如何变化？ 答：b增大，条纹变密。 D增大，条纹变稀。6菲涅耳衍射实验研究7用双棱镜干涉测钠光波长1双棱镜干涉属什么方法的干涉，什么类型的干涉？答：双棱镜干涉属于双光束干涉，是分波阵面方法的干涉2如何测量波长差？如何较准确测量？答：以钠灯为光源调节干涉仪看到等倾干涉条纹，移动M1镜，使视场中心的视见度最小，记录M1的位置为d1，沿原方向继续移动M1，直至视见度又为最小，M1的位置为d2，d=d2-d1,3、双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距是否影响干涉条纹？答：双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距对干涉条纹会有影响。八、用牛顿环测透镜曲率半径和用劈尖测厚度（直径）1、为什么实验中有的学生算出的R20-10 、R25-15、R30-20 会有很大的差异？(1) 在数暗环时计数错误或计算中带错数据都可导致此结果。 （2）在转动读数显微镜副尺时，有正转、反转交叉转动的现象。 （3）目镜中的纵丝没有压到暗环的中央，而是与暗环内切或外切。2、为什么实验中有的学生测出的R持续偏小？(1)读数显微镜中看到的明暗相间的条纹不清晰。(2)把中心的暗斑数做第一环。3、牛顿环的各环是否等宽?环的密度是否均匀?如何解释?答：牛顿环的各环不等宽，中间宽边缘窄；环的密度也不均匀，中间密边缘稀。这是由干涉公式决定。4、用同样的实验方法，能否测定凹透镜的曲率半径?答：能测定凹透镜的曲率半径。5、牛顿环干涉条纹畸变的可能原因有哪些 ?答：这是由于灰尘或凸透镜和平板玻璃不规则造成的。6在牛顿环实验中，如何正确测量圆环的直径？答：在牛顿环实验中，测量直径时级次K要取适当大,为了避免螺距误差,测量时显微镜要向一个方向移动,不能中途反向转动.在测量直径时, 中心应是暗点,一边是内切,另一边应是外切.调节时应注意将显微镜镜筒先下降,然后缓慢上升,以免损坏牛顿环.7牛顿环的干涉属于哪种方法的干涉？哪种类型的干涉？迈克尔逊干涉仪的干涉属于哪种方法的干涉？哪种类型的干涉？ 答：牛顿环的干涉属于分振幅方法的干涉，是等厚干涉。迈克尔逊干涉仪的干涉利用分割光波振幅的方法的干涉，是等倾干涉。8牛顿环的中心明暗如何？条纹疏密如何？条纹级次高低如何？ 答：牛顿环的中心是暗点，条纹中央疏 ，边缘密，中央低级次，边缘高级次的明暗相间的圆条纹。9白光照射劈尖时，干涉条纹如何？答：白光照射劈尖时，干涉条纹将是相互平行的彩纹。10在调节牛顿环时，为什么不能旋紧三个调节螺丝？答：在调节牛顿环时，如果将三个调节螺丝旋得太紧，压力太大会使两块玻璃变形，而使它们之间的接触不是点而变成了面。11理论上，牛顿环的中心，应该是暗纹，还是明纹？为什么？答：牛顿环是一块平板玻璃和一块凸玻璃组成的，从理论上讲它们接触应是个点，从上面看下去中心应是暗纹，而从下面看上来中心就是明纹。12.在调节牛顿环时，为什么不能旋紧三个调节螺丝？答：在调节牛顿环时，如果将三个调节螺丝旋得太紧，压力太大会使两块玻璃变形，而使它们之间的接触不是点而变成了面。13.理论上，牛顿环的中心，应该是暗纹，还是明纹？为什么？答：牛顿环是一块平板玻璃和一块凸玻璃组成的，从理论上讲它们接触应是个点，从上面看下去中心应是暗纹，而从下面看上来中心就是明纹。九、用透射光栅测定光波波长1、光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处?在上述两种光谱中，哪种颜色的光偏转最大?答:光栅光谱和棱镜光谱采用不同的分光器件-衍射光栅和三棱镜得到的。前者依据光栅方程 (k=0，士1，士2,.)；后者根据不同波长的光在玻璃中的折射率不同产生色散。在光栅光谱中，对于同一衍射级次k,波长越大衍射角也越大，即红光偏转最大；在棱镜光谱中，由于波长越大折射率越小，偏向角也越小，故紫光偏转最大。2、当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象?为什么?答:狭缝太宽时谱线太亮、太宽，所以会造成较大的测量误差;狭缝太窄时谱线亮度不够，甚至会造成找不到谱线。因此应该使狭缝宽窄合适。3、入射光末垂直照射光栅所造成的后果是什么？入射光末垂直照射光栅会给实验带来了系统误差。当光线以角人射光栅时，光栅公式变为(k=0,士1,+2，)由于对正、负k级而言, 值为一正一负，所以造成两边衍射角不相等。如果只取一侧的衍射角，代入计算，则误差较大。在本实验中，由于把正、负同级衍射角取了平均，部分地消除了由此造成的误差。在测波长时，由于入射角不变，所以进一步抵销了由此造成的误差。但是从操作技能等方面考虑，今后应尽量避免类似情况发生。4、实验时并不要求仪器转轴过光栅面，这对测量衍射角有无影响 ?答：这对测量衍射角无影响。5、在用自准直法调整光栅方位时，可以同时看到两个一强一弱的十字反射像，它们是怎样形成的 ? 调整时应如何处理 ?答：强的十字反射像是由光栅前表面反射的；弱的十字反射像是由光栅后表面反射的。调整时只以强的十字反射像为准。6、缝的宽度对光谱的观测有什么影响?答：狭缝的宽度太宽测量光谱不准确且分不出黄1和黄2光谱；狭缝的宽度太窄则狭缝的亮度又太弱，不利于测量。7为什么要使平行光垂直入射光栅？如何调节？答：因为只有在平行光垂直入射光栅的情况下，才能用。分光计调整好后，把平面镜换成光栅，放置光栅时要使公共转轴在光栅平面内，左右转动平台使经光栅反射的绿色叉丝与目镜中的调整叉丝重合，同时缝像又与测量用叉丝的垂直轴重合。8如果平行光不垂直入射光栅，则条纹数是否改变？如要测量，则计算公式如何？如何测量？ 答：如果平行光不垂直入射光栅，则零级条纹两边的条纹数将不对称，如要测量，则计算公式不能用，而要变成 分光计调整好后，把平面镜换成光栅，放置光栅时要使公共转轴在光栅平面内，左右转动平台使经光栅反射的绿色叉丝与目镜中的调整叉丝重合，同时缝像又与测量用叉丝的垂直轴重合。9如何调节望远镜聚焦无穷远？ 答：（1）旋转望远镜目镜，使目镜中的十字叉丝清晰。 （2）找到反射回来的绿色叉丝象，拉伸目镜镜筒，使之清晰，并使叉丝与叉丝象无视差，然后固定目镜。10为什么说当缝像（光栅0级谱线）与十字叉丝竖直线重合时，并且光栅反射回来的绿色叉丝与调整用叉丝重合时，平行光已经垂直入射光栅？ 答：当缝像（光栅0级谱线）与十字叉丝竖直线重合时，望远镜与平行光管光轴已垂合。光栅反射回来的绿色叉丝与调整用叉丝重合时，望远镜光轴与仪器转轴垂直，平行光已经垂直入射光栅。十、偏振现象的观察与分析1平面偏振光通过1/2波片出射光的偏振态如何？ 答：平面偏振光通过1/2波片出射光是圆偏振光。2平面偏振光通过1/4波片出射光的偏振态如何？答：平面偏振光通过1/4波片出射光是圆偏振光。3圆偏振光通过1/2波片出射光的偏振态如何？答：仍为圆偏振光。4圆偏振光通过1/4波片出射光的偏振态如何？ 答：圆偏振光通过1/4波片出射光是平面偏振光。5椭圆偏振光通过1/2波片出射光的偏振态如何？ 答：仍为椭圆偏振光。6椭圆偏振光通过1/4波片出射光的偏振态如何？ 答：椭圆偏振光通过1/4波片出射光是平面偏振光。7自然光、平面偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光通过偏振片、并转动偏振片则出射光的光强如何变化？ 答：自然光、平面偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光通过偏振片、并转动偏振片则出射光的光强无变化。8如何检验自然光和圆偏光？ 答：用一块1/4波片可以把圆偏振光变成线偏振光，但不能把自然光变成线偏振光。这样就可以检验自然光和圆偏光。十一、利用光电效应测定普朗克常量1、测量到的光电流是否完全是光电效应概念中的光电流?它还受到哪些因素的影响?答：测量到的光电流不完全是光电效应概念中的光电流，实测光电流是实际阴极正向光电流、阳极反向光电流和反向暗电流的叠加结果。2、你是如何减小截止电压的测量误差的?答：我们可用实测的伏安特性曲线与横轴的交点值来代表阴极光电流的真正遏止电压，这种实测截止光电流的外加电压作理论遏止电压的方法即为交点法。在测伏安特性曲线与横轴的交点值附近的数据时，取点可取密些，以保证测量更准确。十二、迈克耳逊干涉仪调节和使用1、调节等倾干涉条纹时，怎样判断是否观察到了严格的等倾干涉条纹？ 答：当平面镜M1和M2完全平行时，才能观察到严格的等倾干涉条纹。这时如果眼睛上下、左右微微移动，同心干涉圆环的大小不变，仅仅是圆心随眼睛移动而移动，并且干涉条纹反差大。这样的干涉条纹就是严格的等倾干涉条纹。2、测量波长时应如何避免空程误差？ 答：微动微调手轮，屏上条纹就应有变化，否则就存在空程误差，可用手轻推可动反射镜，消除空程误差，测量时始终连续地沿一个方向转动微调手轮。这样就可以避免空程误差。3 是否所有的圆形条纹都是等倾干涉条纹?举例说明之。答：不是所有的圆形条纹都是等倾干涉条纹。例如牛顿环干涉条纹就是等厚干涉条纹。4 什么条件下迈克尔孙干涉仪产生等倾干涉 ? 根据什么现象判断干涉条纹确实是等倾条纹 ?答：当与M1完全平行时，迈克尔逊干涉一产生等倾干涉。当干涉条纹完全是圆形条纹时就确实时等倾干涉条纹。5迈克尔逊干涉仪的中心明暗如何？条纹疏密如何？条纹级次高低如何？ 答：迈克尔逊干涉仪的中心是亮点，条纹分布中央疏 ，边缘密，中央高级次，边缘低级次的明暗相间的同心圆条纹。6迈克尔逊干涉仪调节时，从G1中看到三个叉丝,这是如何产生的?， 答：G1 G1中看到三个叉丝象，其中二个象是平面镜M1形成的，一个象是M2形成的。7调节迈克尔逊干涉仪时，发现有时条纹很密；有时条纹很疏，看似直纹？这是为什么？ 答：这主要是M 1/和M2之间的不平行并与它们之间的距离也有关系。8迈克尔逊干涉仪调节时，有时叉丝已经完全重合，但就是看不到条纹，这是为什么？ 答：在调节迈克尔逊干涉仪时，有时叉丝已经完全重合，但就是看不到条纹，这是可能它的位置刚巧在视见度为零的时候，所以看不到条纹而只能看到一片黄光。9在迈克尔逊干涉仪调节时，有时发现开始时条纹向中心收缩至消失，但继续同一方向移动m1时，发现条纹由中心向外冒出，这是为什么？答：因为当M1和M2的间距逐渐减小到一定时，M1镜移到了M2虚象内，这时条纹却向外冒出10迈克尔逊干涉仪中，G1、G2二板称什么板，作用如何？ 答：G1板是分光板，作用是将一束光分成两束相互垂直的光。G2板是补偿板，作用是补偿光程差。11什么时候，迈克尔逊干涉仪中的干涉条纹向内收缩至消失？答：当M1和M2的间距逐渐由大变小时，即干涉条纹向内收缩至消失。12什么时候，迈克尔逊干涉仪中的干涉条纹向外扩展至冒出？答：当M1和M2的间距逐渐增大时，即向外扩展至冒出。13迈克尔逊干涉仪调节时，有时看到直条纹，这是为什么？答：如果M1/和M2不平行时，就会看到直条纹。14.、什么时候，迈克尔逊干涉仪中的干涉条纹向内收缩至消失？答：当M1和M2的间距逐渐由大变小时，即干涉条纹向内收缩至消失。15、什么时候，迈克尔逊干涉仪中的干涉条纹向外扩展至冒出？答：当M1和M2的间距逐渐增大时，即向外扩展至冒出。16在调节M1镜的过程中，发现开始条纹是向内收缩的，但到一定时候条纹却向外冒出，这是为什么？答：因为当M1和M2的间距逐渐减小到一定时，M1镜移到了M2虚象内，这时条纹却向外冒出。17、迈克尔逊干涉仪调节时，有时看到直条纹，这是为什么？答：如果M1/和M2不平行时，就会看到直条纹。18、如何测量波长差？如何较准确测量？答：以钠灯为光源调节干涉仪看到等倾干涉条纹，移动M1镜，使视场中心的视见度最小，记录M1的位置为d1，沿原方向继续移动M1，直至视见度又为最小，M1的位置为d2，d=d2-d1。十三、法布理珀罗标准具十四、硅光电池的线性响应十五、透明介质的折射率的测定十六、光谱的测量十七、单色仪的定标和滤光片光谱透射率的测定1、光栅单色仪怎样将复合光分解为单色光?答：由于光栅的分光作用，从出射狭缝出来的光线为单色光。当光栅转动时，从出射狭缝将依次出现由短波长到长波长的单色光。2、对单色仪进行定标的目的是什么？答：光栅单色仪经过运输、长期使用或重新装调后，其波长显示器的读