实验光学平台说明书

1、页眉内容GSZ-2B型 光学平台（26例实验）使用说明书GSZ-2B型光学平台可供大专院校普通物理实验课开设光学实验使用。本说明书 举例说明的26项实验涵盖了几何光学、波动光学和信息光学比较重要的基础课题， 大部分有测量要求，少部分限于观察现象。各实验所需学时长短不一，教师可按教学 要求搭配实验内容，组织实验课教学。主要技术参数和规格：标称重量kg平台尺寸mm平台桌子台面距地高度cm1200X 800X 12011061911500X1000X130192.5100921800X1000X150242.514094隔震导磁台面不平度：v 0.05mm附件一览表:名称数量备注名称数量备注三维平移

2、底座1菲涅耳双镜1二维平移底座2三棱镜（60）1升降调节座2反射光栅（1200 L/ mm）130 X0通用底座5透射光栅 (20 L/ mm)1旋转透镜架2正交光栅 (50 L/ mm)1二维架2网格字1透镜架2微尺分划板1/10 mm1延伸（过渡）架1毫米尺（1-30 mm）1带毛玻璃页眉内容名称数量备注名称数量备注光栅转台1B调制板1干版架2劳埃德镜1白屏1偏振片2物屏1多孔板1载物台11/4 波片（后632.8 nm）1测微狭缝2双棱镜1测节器（节点架）1幻灯片1正像棱镜1频谱滤波器、零级滤波器12种带二角架标尺1落地式小工艺品1全息用测微目镜架1牛顿环1双棱镜调节架145玻璃架1激光

3、器架1双缝1光学测角台1白板（70X50 mm）1冰洲石镜1透光十字1方形毛玻璃架1白光源（12 V35 W）1纸架1汞灯（20 W）1透镜（f =4.5、6.2mm）各1扩束器钠灯（20 W）1目镜和物镜各1f= 29、105mm氦氖激光器（1.5-2 mW）1透镜（f =45、50、70、150、190、225、300、- 100mm）各1读数显微1页眉内容名称数量备注名称数量备注球面镜(f = 500 mm)1全息干版1平面镜（036书2气室、血压表和橡胶球1分束器（030书27:3,5:5（个别附件变动，恕不另行通知）仪器的维护与保养：1所有光学玻璃器件应注意保持清洁， 避免各种污染。

4、若落上灰尘，可用洗耳球、软毛刷除尘，用细绒布擦净。有指纹、污渍应用脱脂棉浸少量乙醇乙醚混合液（7:3）擦掉。在潮湿季节应特别加强保护。2机械结构的转动和滑动部位可酌加少量润滑油。平台上宜涂擦极薄的一层机油，以利保护表面。实验举例：1用自准法测薄凸透镜焦距.4 2用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距 .53由物象放大率测目镜焦距 .7 4由物距一像距法测凹透镜焦距 .95透镜组节点和焦距的测定 .10 6自组投影仪.127测自组望远镜的放大率.138自组带正像棱镜的望远镜.159测自组显微镜的放大率.1610杨氏双缝实验.18 页眉内容物处。因此，物屏到透镜中心的距离就是透镜焦距f。11菲涅耳

5、双棱镜干涉 .20 12菲涅耳双镜干涉 .2113劳埃德镜干涉 .2314牛顿环 .25.15用干涉法测定空气折射率.2716 夫琅禾费单缝衍射.30 17夫琅禾费圆孔衍射 .33 18菲涅耳单缝和圆孔衍射.3419 直边菲涅耳衍射 .3620光栅衍射.3721光栅单色仪.4022偏振光的产生和检验.4223全息照相.4724制做全息光栅 .50 25阿贝成像原理和空间滤波.5326 B调制 .581 用自准法测薄凸透镜焦距实验原理光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。依此原理可测量薄凸透 镜的焦距。当物屏在焦点或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像

6、于原页眉内容实验装置 （图 1-1）1：白光源 S（GY-6 ）2：物屏 P （ SZ-14）6：二维架 （SZ-07）7：二维平移底座 （SZ-02）3:凸透镜 L (T-GSZ-A10 , f =190 mm8：三维平移底座 （SZ-01）4:二维架（ SZ-07）9:通用底座（ SZ-04）5:平面镜 M(T-GSZ-A16 )10:通用底座（ SZ-04 ）图 1-1实验步骤1 ）参照图 1-1 ，沿米尺装妥各器件，并调至共轴；调共轴方法（粗调） :先将透镜等光学器件向光源靠拢，调节高低，凭目视使光源、物屏中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与平台平行的直线上。2）开启光源，照明物屏，

7、移动 L 和 M ，直至在物屏上获得镂空图案的倒立实像 （白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀，明显） ；3 ）调节平面镜 M 和凸透镜 L 的俯仰和左右并前后微动 L ，使在物屏上看到最清晰 且与物屏图案等大倒立的实像（充满同一圆面积） ；4）分别记下 P 和 L 的位置 a1、 a2；5）将P和L都转180之后（不动底座），重复做前4步；6）记下 P 和 L 新的位置 b1、 b2；7）计算:fa, a2 a1 ； fb, b2 b12 用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距实验原理若保持物屏P与像屏（白屏H）之间的距离I不变且l4f,沿光轴方向移动透镜，可以在像页眉内容屏上观

8、察到两次成像：一次成放大的倒立实像，一次成缩小的倒立实像。在两次成像时透镜移动的距离为d，则不难得出透镜的焦距为实验装置（图2-1）1 :白光源S（ GY-6）5:白屏 H (SZ-13)2:物屏 P (SZ-14)6: 二维平移底座（SZ-02）3:凸透镜 L (T-GSZ-A10， f =190 mm)7:三维平移底座（SZ-01）4:透镜架(SZ-08)8 9 :通用底座（SZ-04）实验步骤图2-1图2-21）按图2-1沿米尺布置各器件并调至共轴，再使物屏与白屏距离l 4f ;2）开启光源，将透镜 L紧靠物屏P,慢慢的向白屏 H移动,使被照亮的物屏图案在白屏上成一清晰的放大像，记下L的

9、位置a1、物屏P和白屏H间的距离（白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀,明显）3) 再移动L,直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下L的位置a2 ；4)将P、L、H转180 （不动底座），重复做前3步,又得到L的两个位置b1、b2 ；5)计算:daa2a1;dbb2 b1i2da24I ；I2 df4I待测透镜焦距:3由物像放大率测目镜焦距实验原理页眉内容假设物距为(-s),像距为s；并且测得M板的物宽为y. Me目镜测得像宽为y；由横向放大率的s如果物由一个位移 S,对应的像的位移为 s,由轴向放大率的定义:s a -s由纵向放大率和横向放大率的关系: s2a=m s- s m透镜组

10、、目镜、物镜等几个透镜的组成，测量它们的焦距不能直接使用物像公式法。对于 组合透镜，如图:M 微尺分划板（1/10mm），Le待测目镜，Me 测微目镜人 s s-对微分得：sm m111由物像公式一 一 1得：f fs s s s*s像的位置改变 m m2 m1 横向放大率的改变因此，只要测出像的位置改变及横向放大率的改变就能得到目镜或组合透镜的焦距。实验装置（图3-1）1 :白光源S (GY-6)2: 1/10 微尺分划板 M (T-GSZ-A27)3 :双棱镜架(SZ-41)7 :测微目镜架（SZ-36）&测微目镜Me （XW-1）9:二维平移底座（SZ-02）4:延伸架 (SZ-09)1

11、0:二维平移底座（SZ-02）5:待测目镜 Le (GSZ-2B-02, fe=29mm)11:升降调节座（SZ-03）6:透镜架(SZ-08)12:通用底座（SZ-04）图3-1页眉内容实验步骤1）按图3-1沿米尺安排各器件，并调节共轴;2)开启光源，将 M、Le、Me 紧靠在一起然后让 M 、Me 逐渐远离 Le ，直至在测微目镜中看到 清晰的微尺放大像，并与 Me 分划板无视差；3)测出1/10 mm微尺刻线的像宽，求出其放大倍率 mi，并分别记下 Me和Le的位置ai、bi;4)把Me向后移动30-40 mm，并缓慢前移Le,直至在测微目镜中又看到清晰的与 ME分划板 刻线无视差的微尺

12、放大像；5)测出新的像宽，求出放大率 m2,记下ME和Le的位置a2、b2；6)计算：口*=像宽/实宽；象距改变量：s=(a2 ai)+(bi b2)待测目镜焦距f= s / (m2 mi)4 用物距像距法测凹透镜焦距实验原理直接测量凹透镜的物距、像距难以两全。我们只能借助于凸透镜成一个倒立缩小的实像作为凹透镜的虚物,虚物的位置可以测出。凹透镜能对虚物成一实像,实像的位置可以测出。 这样一来,就可以用公式求出凹透镜焦距。实验装置 (图 4-i)i：白光源S(GY-6)7：像屏 P2( SZ-i3)页眉内容2：物屏 Pi(SZ-i4)8：普通底座( SZ-04)3：凸透镜L i(T-GSZ-A0

13、8, f70mm )9：升降调节座( SZ-03)4：透镜架(SZ-08)i0：升降调节座( SZ-03)5：凹透镜L 2 (T-GSZ-A39, fi00mm )ii：普通底座( SZ-04)6：透镜架(SZ-08)i2：普通底座( SZ-04)页眉内容tanutan u1的地方。由于这个性图4- 1图4-2实验步骤1）按图4-1沿米尺安排各器件，并调节共轴；2） 开启光源，使被面光源照亮的物屏 P1通过凸透镜L1在像屏P2上成清晰像时，P1与P2的距离稍大于凸透镜焦距的 4倍。记下L1和P2在导轨上的位置读数（白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀，明显）。3） 在凸透镜和像屏之

14、间加入待测的薄凹透镜L2,调同轴，向稍远处移动像屏，直至屏上又出现清晰的像（参见图 4-2）。记下L2和像屏P2的位置读数。4 ）以L2P2距离为物距 U，以L2P2距离为像距V,将数值代入式1/U 1/V 1/ f，计算被测透镜的焦距。5透镜组节点和焦距的测定实验原理节点定义为轴上角放大率等于1的共轭点。物方节点记作 N，像方节点记作N。节点的物理意义在于通过它的任意共轭光线方向不变（图5-1 u U ）。当物方和像方处在同一光学介质 中，主点和节点是重合的。在这种情 况下，双方焦距相等，横向放大率yV1的地方也是角放大率y质，将光学系统绕像方节点转动，平行光束所成的像点将不发生位移。因此，

15、这是确定厚透镜或 透镜组节点（主点）的一种实验方法。实验装置 （图 5-2）1：白光源 S（ GY-6 ）7：测节器 (SZ-28)图5-1页眉内容2：毫米尺 (T-GSZ-A22 )8： 白屏 (SZ-13)3：双棱镜架（ SZ-41 ）9：二维平移底座（ SZ-02）4：物镜 Lo (T-GSZ-A09, fo =150 mm)10： 二维平移底座（ SZ-02）5：透镜架 (SZ-08)11：升降调节座（ SZ-03）6：透镜组 L1、 L2 (T-GSZ-A12, f1 =300 mm；12：升降调节座（ SZ-03）T-GSZ-A10, f2 =190 mm)13： 通用底座（ SZ

16、-04）实验步骤图 5-21) 参照图 5-2，先调节毫米尺与准直物镜Lo的距离为150mm，使通过Lo的光束为平行光束。2）加入节点架和白屏，调共轴，同时移动白屏，找到毫米尺的清晰像。3）沿节点架导轨前后移动透镜组L1 、L 2，同时相应地前后移动白屏，直到节点架绕轴作不大的转动时，白屏上面的毫米尺像无横向移动为止（此时像方节点N 即在节点架的转轴上）。4） 分别记下白屏和节点架在米尺导轨上的位置a和b,并从节点架导轨上记下透镜组中间位 置（有标线）节点架转轴中心的偏移量 d。5） 将测节器转动180，重复3、4两步，测得另一组数据 a、b、d 。 数据处理A、 像方节点偏离透镜组中心的距离

17、为d透镜组的像方焦距 f =a-b物方节点 N 偏离透镜中心的距离为 d透镜组的物方焦距 f a bB、 用1: 1的比例画出被测透镜组及其各种基点的相对位置。6 自组投影仪实验原理页眉内容像于屏幕上（见光路图6-1）。物镜到像平面的距离V2比物镜焦距f大很多，所以幻灯片总在其物方焦面的附近，物距8:白屏 H （SZ-13）9:通用底座 （ SZ-04）10:二维平移底座 （ SZ-02 ）11 :升降调节座 （ SZ-03） 12:二维平移底座（ SZ-02）13:通用底座（ SZ-04 ）投影仪的主要部分是一个会聚的投影镜头（放映物镜L2）,将画片（幻灯片 P）成放大的实U2甘，因而放大率

18、 V=-V2/U2V2/f，它与像距 V2成正比。实验装置 （图 6-1）1:白光源S (GY-6)2：聚光透镜 L1 (T-GSZ-A07, f1 =50 mm)3:透镜架 ( SZ-08)4:幻灯片 P ( HDP)5:干版架( SZ-12)6:放映物镜 L2 (T-GSZ-A10, fo =190 mm)7:透镜架 ( SZ-08)图 6-1实验步骤1 ）按图 6-1 排光路，调共轴。2）使L2与H相距约1.2 m （对较短平台，可用白墙代屏）前后移动P,使其在H上成一清晰放大像。3）使Li固定在紧靠幻灯片 P的位置，取下P,前后移动光源，使其成像于L2所在平面。4） 重新装好幻灯片，观

19、察屏上像的亮度和照度的均匀性。5） 取下Li,观察像面亮度和照度均匀性的变化。放映物镜焦距和聚光镜焦距的选择放映物镜:f2 (M /(M 1)2)D2聚光镜:2f1 D2 /(M 1) D2/(M 1)2 1/ D1其中: D2 U2 V2;D1 U1页眉内容1 :标尺（SZ-33）2 :物镜 Lo （T-GSZ-A11, f =225 mm）3:透镜架（SZ-08）d2；M为像的放大率。7测自组望远镜的放大率实验原理望远镜由物镜和目镜组成， 物镜的焦距大于目镜的焦距， 组成特点是两透镜的光学间隔近乎为零,物镜和目镜都是会聚透镜的为开普勒望远镜（如图7-2）。图7-1望远镜视角放大率（放大本领

20、）定义为： r=-u/uu物对物镜的视角，u最后像对目镜的视角因望远镜的光学间隔，通过计算可得：r=-f/fe测量时，测出未经望远镜放大的标尺上两个红色指标间的“E”字间距di （di=5cm），再通过望远镜测出对应的间距 d2,则望远镜的测量放大率r=-d2/dis如果标尺在有限距离（物距）s处，则测量放大率应为r= rs+ fo实验装置（图7-2）5:透镜架（SZ-08）6:三维平移底座（SZ-01）7: 二维平移底座（SZ-02）4:目镜 L e （T-GSZ-A06, fe =45 mm ）图7-2实验步骤1）按图7-2组成开普勒望远镜，向约3 m远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的

21、“ E字（距离 d1=5 cm）;2）用另一只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的页眉内容标尺的叠加像，再测出放大的红色指标内直观标尺的长度页眉内容当S 100 f。时，修正量SS fo1:标尺(SZ-33)2:物镜 Lo ( T-GSZ-A11, fo =225 mm)3:透镜架 (SZ-08)4:正像棱镜系统(SZ-30)5 :干版架(SZ-12)d仁3）求出望远镜的测量放大率 r 竺，并与计算放大率 作比较；dife注：标尺放在有限距离 S远处时，望远镜放大率 r可做如下修正：SS fo8自组带正像棱镜的望远镜实验原理本实验自组的望远镜属于开普勒式望远 镜

22、，其原理由两个凸透镜构成。由于两者之间 成一个实像，可方便的安装分划板，但这种结 构成像是倒立的，如果想要观察到正像，可以借 助正像棱镜系统。正像棱镜系统如图8-1，两块45-90棱镜组合 而成，又称组合泊罗棱镜，从图中光束箭头走向可说明图像的翻转过程。实验装置（图8-2）6:目镜 Le （T-GSZ-A06, fe =45 mm）7:透镜架（SZ-08）&二维平移底座（SZ-02）9 :升降调整座（SZ-03）10: 二维平移底座（SZ-02）图8-2实验步骤1）参照图8-2,沿平台米尺先组装不加正像棱镜的望远镜（物镜和目镜间距约为270mm）,并对位于光轴上的约 3m远处的标尺调焦，认清该

23、尺所成的倒像。页眉内容其中 为物AB在明视距离处所张视角，即y/So，为放大虚像A B所张的视角，与ABi所张视角一样，故有M 4仏鱼y/soy fE2）按图8-2所示，在Lo的像面前方安置正像棱镜*，并相应调节目镜高度，找到标尺的正像。9测自组显微镜的放大率实验原理物理实验中常用的移测显微镜（读数显微镜）也有一个由目镜和物镜组成的共轴光学系统,它通常由4片以上透镜组成的系统，可以简化成两个凸透镜组成的放大光路（图9-3）。被观察的物体 AB放在物镜LO的物方焦点FO的外侧附近，先经 LO成放大实像AiBi于目镜物方焦点FE内侧附近，再经目镜 LE成放大虚像AB于明视距离以外。显微镜的视角放大

24、率M 式中yi/y VO，是物镜的横向放大率；“ ME是目镜的视角放大率。经过变换可得显微镜视角放大率图9-1页眉内容1:低压钠灯S (GY-5B)2: 1/10 mm 微尺 Mi(T-GSZ-A27)3:二维架(SZ-07)4:物镜 Lo( T-GSZ-A06, fo =45 mm)5:透镜架(SZ-08)6:透镜架(SZ-08)7:目镜 Le( GSZ-2B-02, fe =29mm)8:45。玻璃架(SZ-45)9:毫米尺 M2（T-GSZ-A22）10:双棱镜架（SZ-41）11: 升降调节座（SZ-03）12:三维平移底座（SZ-01）13:二维平移底座（SZ-02）14:升降调节座

25、（SZ-03）15:白光源（GY-6）（图中未画）5）微动物镜前的微尺，消除视差，读出未放大的M230mm所对应的M1的格数a；式中负号表示像是倒立的实验装置（图9-2）图9-2实验步骤1）参照图9-2和9-3布置各器件，调等高同轴；2）将透镜LO与Le的距离定为24 cm ；3） 沿米尺移动靠近光源微尺M1,从显微镜系统中得到微尺清晰的放大像；4）在Le之后置一与光轴成 45角的玻璃架（SZ-45），距此玻璃架25 cm处,放置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺M2；图9-3页眉内容d，用测微目镜测相邻条纹的间距 x,计算1:钠灯(GY-5B，加圆孔光阑)2:透镜 L1 (T-GSZ-A07

26、, f =50)3:二维架(SZ-07)4:透镜架(SZ-08)5:测微狭缝 S ( SZ-27B )6 :透镜 L2 (T-GSZ-A09, f =150mm)7:透镜架(SZ-08)&双棱镜调节架 (SZ-41)9:双缝 D (T-GSZ-A32)实验步骤10:延伸架（SZ-09）11:测微目镜架（SZ-36）12:测微目镜M （XW-1）13:三维平移底座（SZ-01 ）14: 二维平移底座（SZ-02）15: 升降调节座（SZ-03）16:二维平移底座（SZ-02）17: 升降调节座（SZ-03）图 10- 130 1025显微镜的测量放大率 M;显微镜的计算放大率 M afo fe1

27、0杨氏双缝实验实验原理杨氏双缝干涉原理如下图:S单缝S1S2双缝P 观察屏dx如果s在S1S2中心线上，则可以证明双缝干涉的光程差 = r 2- r 1= dsirt）=式中d为双缝间距，B为衍射角，I为双缝至观察屏的间距由干涉原理，当相邻明纹或相邻暗纹的间距可以证明是相等的， 因此，入=凶测出I，用显微镜测双缝间距d可得光波的波长。实验装置（图10-1）1）参照图10-1沿平台布置各器件并调至共轴。开启光源，使钠光通过透镜 L1会聚到狭缝 S页眉内容3:透镜架（SZ-08）4:透镜架（SZ-08）5:测微狭缝（SZ-27B）6:双棱镜架（SZ-41）7:双棱镜 （T-GSZ-A19）上，用透

28、镜L2将S成像于测微目镜分划板 M上，然后将双缝 D置于L2近旁。在调节好 S, D和M的mm刻线的平行，并适当调窄 S之后，目镜视场出现便于观测的杨氏条纹。2）用测微目镜测量干涉条纹的间距 x,用米尺测量双缝至目镜焦面的距离I，用显微镜测量双缝的间距d根据 x 1计算钠黄光的波长。d11菲涅耳双棱镜干涉实验原理菲涅耳双棱镜有两个很小（1 ）的棱镜角（见图11- 1 ）。从狭缝S发出的光波经这两个棱镜角折射，形成稍许倾斜的两束光，在其相遇的区域即发生干涉现象，用屏幕M可以接收干涉条纹。S1和S2是S经折射后产生的两个虚像，相当于杨氏双缝，可称虚光源。设S至M的距离为l=l 1+I2 （S1和S

29、2与S近似在同一平面上），d为二虚光源的距离，相邻明条纹或暗条纹间距d为x，测出这几个长度，即可利用式一x计算出单色光的波长。I图 11 1为了测量虚光源距离 d，可利用透镜放大率公式 d ud，式中U是狭缝至凸透镜的距离，vv是凸透镜到测微目镜的距离，d是二虚光源像间的距离。实验装置（图11-2）1:钠灯（GY-5B）8:测微目镜架（SZ-36）2:透镜 L1 （ T-GSZ-A07, f =50 mm9:测微目镜（XW-1）10: 升降调节座（SZ-03）11: 二维平移底座（SZ-02）12: 二维平移底座（SZ-02）13:升降调节座（SZ-03）另备凸透镜 L2 （T-GSZ-A10

30、, f =190 mm及架、座）图 11-2页眉内容实验步骤页眉内容1:钠灯（GY-5B，加圆孔光阑）2:透镜 （T-GSZ-A07, f=50）3:透镜架（SZ-08）&测微目镜架（SZ-36）9:测微目镜（XW-1）10:二维平移底座（SZ-02）4:透镜架(SZ-08)11:三维平移底座（SZ-01 ）1）参照图11-2沿米尺安置各器件，调至共轴2） 开启光源，使钠黄光通过透镜Li会聚在狭缝上。狭缝要尽量窄，双棱镜的棱脊与狭缝须平行地置于Li和测微目镜的光轴上，以获得清晰的干涉条纹。3） 测微目镜测量干涉条纹间距 x（可连续测定11个条纹位置，用逐差法计算出5个厶x取平均），并测出狭缝至

31、目镜分划板的距离I。4） 保持狭缝和双棱镜位置不动，在双棱镜后用凸透镜L2在测微目镜分划板上成一虚光源的放大实像，并测得间距 d,再据成像公式算出二虚光源间距d。5） 根据公式（d/l） x计算钠黄光波长。12菲涅耳双镜干涉实验原理菲涅耳双镜由两个同样的平面镜（可以用两块黑玻璃镜） 组成（图12- 1）,二镜夹角很小，一个镜面可微调，以改变这个夹角。单色光通过狭缝S之后，被两个镜面反射的同时，波阵面即被分成两部分传播，在交叠区域发生干涉现象，产生明暗相间的干涉条纹。用测微目镜可接收并 测出在M屏上的一组相邻条纹的间距x。虚光源S1和S2是次级光源S的由反射形成的两个虚像。设S （S1,S2）到

32、双镜交线的距离为r，二镜交线到屏M的距离为Io,则rIoI，再设虚光源S1S2距离为d,则单色光波长仍按式 一x计算。d的测量方法与双棱镜实验相同。I实验装置（12-2）图 12- 1页眉内容5：测微狭缝（ SZ-27B ）12：升降调节座（ SZ-03）13：二维平移底座 （ SZ-02）6：菲涅耳双镜 （SZ-31）7：干版架 （SZ-12）图 12-2实验步骤1）参照图 12-2 沿米尺安置各器件，调至共轴。2）开启光源，利用透镜将光束会聚到狭缝上，使通过狭缝的光束投射在双镜接缝处。掠射的光束被二镜面反射，用稍许偏离米尺导轨的测微目镜接收双光束交叠区域的干涉条纹。狭缝要 窄，且与双镜交线

33、平行，二镜面夹角大小要适当（调节双镜背后的 3 个手钮）。3）测干涉条纹间距 x和两个虚光源距离 d，方法与双棱镜实验相同。4）测出狭缝至双镜接缝的距离 r和双镜接缝至目镜分划板的距离 I。,得l=r+l。，根据计算钠黄光的波长。13 劳埃德镜干涉实验原理劳埃德镜通常就是一块长方形的前表面反射镜，或一块黑玻璃镜。图131 表示从狭缝处形成的次级光源S发出的单色光波掠射镜面， 反射光与从同一光源发出，路经镜面近旁的光波在交 叠区域发生干涉，S是虚光源，M是接收干涉条纹的屏。从双光束干涉原理来看，劳埃德镜实验 与上述几个干涉实验是类似的，但因利用这个实验能够说明光在玻璃面反射时的相位变化，所以 很

34、重要。页眉内容实验装置（图13-2）1： 钠灯（GY-5B,加圆孔光阑）8:测微目镜架（SZ-36)2 :透镜（T-GSZ-A07, f =50 mm9: 测微目镜（XW-1）3：透镜架(SZ-08)10:三维平移底座(SZ-01 )4:透镜架(SZ-08)11:二维平移底座(SZ-02)5:测微狭缝（SZ-27B）12:升降调节座（SZ-03)6:劳埃德镜 （SZ-32）13:二维平移底座(SZ-02)7:干版架(SZ-12)图 13-2实验步骤1）参照图13-2沿米尺安置各器件，调至共轴。2）开启光源，使钠光光束经透镜会聚到狭缝上，通过狭缝，部分光束入射劳埃德镜，被镜 面反射，另一部分直接

35、与反射光会合发生干涉，用测微目镜接收干涉条纹，同时调节缝宽、入射 角及镜面与铅直狭缝的平行，以改善条纹的质量。2）测出条纹间距 x，狭缝与其虚光源的距离 d以及狭缝与目镜分划板的距离I，方法与双棱镜实验相同，根据公式 计算钠黄光波长。页眉内容2:干版架(SZ-12)14牛顿环实验原理一个曲率半径很大的平凸透镜，以其凸面朝下，放在一块平板玻璃上（图14- 1） 二者之间形成从中心 0向周边 逐渐增厚的空气膜。若对透镜投射单色光，则空气膜下缘 面与上缘面的反射光就会在空气膜上缘面附近相遇，出现 以0点为中心的明暗相间的圆环，即牛顿环。设透镜曲率半径为 R，与轴线相距r处的膜厚度为d,则2r2因R?

36、 d，所以d2可略去，得d 2R对垂直入射光，该处几何程差为2d,加上平板玻璃反射时的半波损失，总程差根据光干涉产生暗条纹的条件（实验时测暗环半径）2d （2m 1）, m 0, 1, 2L（14.1）2 2综合上述各式，第 m级暗环半径rm . mR（14.2）据此，若 为已知，为了测量平凸透镜的曲率半径，只要测出rm即可。但是由于弹性形变不可避免，实际上 0点并非是点接触的，利用rm与rn的平方差求 R就比较准确，于是（14.2）式可改2 2写为R 上一匚（14.3）（m n）又因测量中0点的位置不易确定，所以环的半径r可用直径d代替，式（14.3）又可改写成cdmdn2R(14.4)4(

37、mn)实验装置（图14-2）1 :牛顿环（SZ-37B）6 :测微目镜架（SZ-36）7 :二维平移底座（SZ-02）11 1 I 11 111U11QL-1 二I 巩射进绩I團 14- 1页眉内容从第14环开始逐环测（实验所用钠黄光波长为589.3nm )3:半透半反玻璃（T-GSZ-A201 ）&升降调节座（SZ-03）4:透镜架（SZ-08）9:钠灯 （GY-5B）5:显微镜 （XW-1）10: 二维平移底座（SZ-02）图 14-2实验步骤1） 按图14 - 2布置光路。若牛顿环装置平凸透镜与平板玻璃的接触点偏离中心，得调节夹具上的三个螺钉，使接触点稳定居中即可，（不要拧得太紧，用力过

38、大会导致玻璃破碎，使牛顿环损坏）。2）开启光源，调节分束器，使视场 6 mm测量范围内充满黄光。消除视差。尽量使干涉圆 环在量程内对称分布。3）调节显微镜的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清晰。将显微镜对准牛顿环的中心，前后 移动镜筒使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的测量叉丝之间无视差。4）用显微镜测干涉图形圆环的半径：测量时由于中心附近比较模糊,定位置至第5环，再越过环心，从另一测第5环测至第14环为止，计算10个环的直径d。4）用逐差法取m n 5算出5个r； r；值，取平均，代入公式2 2rm rn(m n)得出平凸透镜的曲率半径。15用干涉法测定空气折射率实验原理具有最简单形式的迈克耳孙

39、干涉仪如图15 -1所示。从点光源S发出的光束，被精制的厚度和 折射率均匀的玻璃板（分束器）G分成两路，射M2FG图 15- 1页眉内容(15.2)式中0是空气在热力学标准状态下（折射率；n和是相对于任意温度T和压强p下的折射率和密度。(15.3)向互相垂直的两个平面镜Mi和M2。被平面镜反射后，又回到分束器有镀膜的半反射面。在这两束光形成的干涉场内产生的是非定域干涉条纹，用毛玻璃屏FG接收。设M2是M2在G中的虚像。可以认为，FG接收到的干涉图样是 Mi和M2之间的空气膜上下面的反射光相干产生的。如果在图15- 1的Mi和G之间放置一个能够控制充、放气的气室，若气室内空气压力改变了 p，折射

40、率改变了n ,使光程差增大，就会引起干涉条纹 N个环的变化。设气室内空气柱长度为I，则n N /2I（15.1）若将气室抽真空（室内压强近似于零，折射率n 1）,再向室内缓慢充气，同时计数干涉环变化数N，由公式（15.1）可计算出不同压强下折射率的改变值n，则相应压强下空气折射率若采取打气的方法增加气室内的粒子（分子和原子）数量，根据气体折射率的改变量与单位体积内粒子数改变量成正比的规律，可求出相当于标准状态下的空气折射率no。对有确定成分的干燥空气来说，单位体积内的粒子数与密度成正比，于是有n 1no 1To =273K , po =101,325 Pa）下的密度，n是相应状态下的联系理想气

41、体的状态方程，有n 10 P0Tn。 1若实验中T不变，对上式求p的变化所引起的n的变化，则有页眉内容n“1 T0nP。T p（15.4）因TTo(1t)(其中是相对压力系数，等于1/273.15 = 3.6611。支c-1, t是摄氏温度，即n。1p室温），代入式（15.4 ）有nPo(1 t)于是n。1Po(1t) n p(15.5)将式（15.1）代入（15.5）得no1po(1t)_2I p(15.6)测出若干不同的p所对应的干涉环变化数 N, N- p关系曲线的斜率即为 N/ p。 po和为已知，t见温度计显示，和I为已知，一并代入式（15.6）即可求得相当于热力学标准状态下的空气折

42、射率。根据式（15.3）求得po代入式（15.4），经整理，并联系式（15.1），即可得页眉内容pp(15.7)其中的环境气压 p从实验室的气压计读出，根据（ 气折射率。实验装置（图15-2）1: He-Ne 激光器 L （GY-10）2:激光器架（SZ-42）3:透镜架（SZ-08）4:扩束器 BE （T-GSZ-A01）5:透镜架（SZ-08）15.7）式，通过实验即可测得实验环境下的空11:平面镜 M1 （T-GSZ-A16）12： 升降调节座（SZ-03）13:二维平移底座（SZ-02）14:三维平移底座（SZ-01）15:升降调节座（SZ-03）N2I页眉内容6:分束器 BS (T-

43、GSZ-A201)7 :白屏 H (SZ-13)&通用底座(SZ-04)9 :气室 AR (SGM-1-05)10: 二维架(SZ-07)16:二维架（SZ-07）17:平面镜 M2 （T-GSZ-A16）18:二维平移底座（SZ-02）19:通用底座（SZ-04）实验步骤1）将各器件夹好，靠拢，调等高。2） 调激光光束平行于台面，按图15-2所示，组成迈克耳孙干涉光路（暂不用扩束器）。3）调节反射镜 M1和M2的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。4） 加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。5） 紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa,或300mmHg , 1mmHg=

44、133.3Pa）为止，记为 p。6） 缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数N,至表针回零。7）计算实验环境的空气折射率 其中激光波长入和气室长度I为已知，环境气压 p从实验室的气压计读出。本实验应多次测量,图 15-2页眉内容干涉环变化数可估计出一位小数。16夫琅禾费单缝衍射实验原理单色平行光垂直照射宽度为a的狭缝AB(图16- 1，其中将缝宽放大约百倍)，按惠更 斯原理，AB面上各子波源的球面波向各方向传 播，在出发处，相位相同。其中沿入射方向传 播的，经透镜L会聚于Po处时，仍然同相，故 加强为中央亮纹；与入射方向成 角传播的，经L会聚于Pk，其明暗取决于各次级波线的光程差。从A点作AC

45、线垂直于BC,从AC线到达Pk点的所有波线都是等光程的。沿缝宽各波线之间的 光程差取决于从 AB到AC之间的路程，而最大光程差若用相距一的许多平行于AC的平面分割BC,同时也就将狭缝面上的波阵面分成一些等面2积的部分，即菲涅耳半波带，于是两个相邻半波带的对应点发出的波线到达AC面时的光程差均为一，相位差为 n经L会聚后仍为 n故强度互相抵消。据此推断：对应某确定的方向，若2单缝波阵面可分成偶数个半波带时Pk处必为暗条纹；若单缝波阵面可分成奇数个半波带，Pk处将有明条纹；若半波带为非整数所对应的方位上，强度则在明暗之间。总之，当满足asin 2k kk 1,2 L )(16.1)2时产生暗条纹；

46、当 满足asin (2k 1) 2k 1,2 L )(16.2)时产生明条纹，而零级明条纹范围，通常认为是从asin至U asin设中央零级明条纹宽度为 e, L的像方焦距为f，对1级暗条纹，近似有图 16- 1页眉内容据此，若和f为已知，只要测得-2实验装置（图16-2）1 :钠灯（GY-5B）2:透镜架（SZ-08）3:测微狭缝Si （SZ-27B）4:透镜 Li （T-GSZ-A09, f =150 mm）5:二维架（SZ-07）6:透镜架（SZ-08）7 :测微狭缝 S2 （SZ-27B）8:透镜 L2 （T-GSZ-A12, f =300 mm）实验步骤1）参照图16-2沿米尺调节共

47、轴光路。ea（ 16.3）2即可得实验装置的缝宽a。9: 二维架（SZ-07）10 :测微目镜架（SZ-36）11:测微目镜（XW-1）12 :三维平移底座（SZ-01）13: 升降调节座（SZ-03）14：二维平移底座（SZ-02）15: 升降调节座（SZ-03）16:二维平移底座（SZ-02）图 16-22） 使狭缝S1靠近钠灯，位于透镜 L1的焦平面上，通过透镜L1形成平行光束，垂直照射狭 缝S2，用透镜L2将衍射光束汇聚到测微目镜的分划板，调节狭缝铅直，并使分划板的毫米刻线 与衍射条纹平行，S1的缝宽小于0.1mm （兼顾衍射条纹清晰与视场光强 ）。3） 用测微目镜测量中央明条纹宽度e

48、,连同已知的 入和f值代入公式f a（实验所用钠黄光波长为 589.3nm ）2可算出缝宽a。4）用显微镜直接测量缝宽，与上一步的结果作比较。5）用测微目镜可验证中央极大宽度是次极大宽度的两倍。页眉内容17夫琅禾费圆孔衍射实验原理使准单色光通过小孔光阑，通过较长距离到达衍射圆孔，再经凸透镜将衍射图样会聚到屏上,该装置即可观测到夫琅禾费圆孔衍射。实验装置（图17-1 ）1:钠灯(GY-5B)7:测微目镜架（SZ-36）2 :小孔（0 1 mn)8: 测微目镜（XW-1）3:多孔板(SZ-23A , 0 0.20.5 mm)9:二维平移底座（SZ-02）4:透镜架(SZ-08)10:二维平移底座（

49、SZ-02 ）5:透镜（T-GSZ-A08, f =70 mm )11:升降调节座（SZ-03）6:透镜架(SZ-08)图 17-1实验步骤1）参照图17-1沿平台米尺安排各器件，调节共轴，前后移动两小孔距离，获得衍射图样。2）在黑暗环境用测微目镜测量艾里斑的直径e,据已知波长（入 =589.3 nm）、衍射小孔半径af和物镜焦距f可验证公式e 1.22。（注：目镜与透镜的距离应保证70mm左右间距，测出a的艾里斑直径才会较为准确）18菲涅耳单缝和圆孔衍射实验原理由菲涅耳衍射原理：A邑（1）n12 2当观察屏不动时，改变缝宽 d，半波带的数目改变；当半波带数为奇数时屏中央出现亮纹；当半波带数为

50、偶数时屏中央出现暗纹。当缝宽d不变时，移动屏，当半波带数为偶数时，屏中央为暗纹；当半波带数为奇数时屏中 央为亮纹。页眉内容当缝宽改变到很小时或屏较远时，菲涅耳衍射转化为夫琅和费衍射。实验装置（图18-1）1 :激光器架（SZ-42）2: He-Ne 激光器（GY-10）3 :扩束器（T-GSZ-A02, f = 6.27 :白屏（SZ-13）&通用底座（SZ-04）9 :二维平移底座（SZ-02）4 :透镜架（SZ-08）10 :二维平移底座（SZ-02）5 :透镜架（SZ-08）11:通用底座（SZ-04）6 :测微狭缝 （SZ-27B）图 18-1调节与观察使激光通过扩束器（造成非远场条件

51、）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射,最后形成两个对称的直边衍射的现象。实验原理由菲涅耳衍射原理:当改变圆孔的直径或改变观察距离时，屏中央发生明暗变化。实验装置（图18-2）1 :激光器架（SZ-42）2: He-Ne 激光器（GY-10）3 :扩束器（T-GSZ-A02, f = 6.2）4:透镜架（SZ-08）5:多孔板（SZ-23A ,机.5 mm）6:透镜架（SZ-08）7: 白屏（SZ-13）8:通用底座（SZ-04）9:二维平移底座（SZ-02）1

52、0:二维平移底座（SZ-02）11:通用底座（SZ-04）图 18-2调节与观察将实验装置18- 1中的狭缝换成 机.5 mm的圆孔，如图（18-2）,使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮一暗一亮的变化。图样中心的亮或暗，取决于点光源与圆孔的距离、圆孔的半页眉内容页眉内容I/I 0是振荡的，但振幅逐渐减少，最后，正象从几|/|0渐渐地趋向于1。强度的最大值不是在几何阴影边上，而是在直接照7：白屏 （SZ-13）8:通用底座（ SZ-04）9:二维平移底座（ SZ-02）10:二维平移底座 （ SZ-02）11:通用底座（ SZ-04）径和圆孔到观察屏的距离。19 直边菲涅耳衍射实验原理当平面

53、波照射到直边上时，在直边后可观察到它的菲涅耳衍射，衍射结果如下图即当观察点从几何阴影边界向外移动时， 何光学可以预期的那样， 明区稍为离开该边的地方。 实验装置 （图 19-1 ）1：激光器架（ SZ-42 ）2：He-Ne 激光器 （GY-10）3：透镜架（ SZ-08）4:扩束器（T-GSZ-A02, f =2）5：透镜架（ SZ-08）6:刀片（ GSZ-2B-06 ）图 19-1调节与观察将实验 18 中的狭缝换成刀片，即可发生直边衍射。当观察点从几何阴影边界向外移动时， 衍射光强有类似衰减振荡的分布，最后趋于无障碍的自然传播。强度的最大值并不在于几何阴影 的交界处，而是在直接照明区稍

54、靠外些的亮区内。在阴影区内，衍射条纹的光强单调地减弱，一 直到零。20 光栅衍射实验原理当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。设光栅的刻痕宽度为a，透明狭缝宽度为 b，相邻两缝间的距离d=a+b,称为光栅常数，它是光栅的重要参数之页眉内容当此光程差等于入射光波长的整数倍时,多光束干涉使光振动加强而在 F处产生一个明条纹。d sin 如 sin i K 入K=0, 1, 2,式中入为单色光波长，K是亮条纹级次,K为K级谱线的衍射角，i为光线的入射角。此式1:汞灯（GY-4B）2 :透镜

55、架（SZ-08）如右图所示，光栅常数为d的光栅，当单色平行光束与光 栅法线成角度i入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过 透镜会聚于焦平面上， 就产生一组明暗相间的衍射条纹。设衍射光线AD与光栅法线所成的夹角 （即衍射角）为幅从B点 作BC垂直入射线 CA，作BD垂直于衍射线 AD，则相邻透 光狭缝对应位置两光线的光程差为：因而，光栅衍射明条纹的条件为:称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。本实验研究的是光线垂直入射时所形成的衍射。此时，入射角i=0则光栅方程变为:dsin （fk K 入K=0 , 1, 2，由上式可以看出，如果入射光为复色光，K=0时，有：k 0 ,不同波长的零级亮纹

56、重叠在一起，则零级条纹仍为复色光。当K为其它值时，不同波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互 分开，即有不同的位置。因此，在透镜焦平面上将出现按短波向长波的次序自中央零级向两侧依 次分开排列的彩色谱线。这种由光栅分光产生的光谱称为光栅光谱。下图是汞灯光波射入光栅时所得的光谱示意图。中央亮线是零级主极大。在它的左右两侧各 分布着K= 1的可见光四色六波长的衍射谱线，称为第一级的光栅光谱。向外侧还有第二级，第 三级谱线。由此可见，光栅具有将入射光分成按波长排列的光谱的功能。实验装置（图20-1）11:旋转透镜架（SZ-06A ）12:测微目镜架（SZ-36）页眉内容3: 透镜 L1 (T-GSZ-A

57、07, f =50 mm13:测微目镜（XW-1）4: 透镜架（SZ-08）14:三维平移底座（SZ-01）5: 可调狭缝（SZ-27B）15: 通用底座（SZ-04）6:透镜 L2 (GSZ-2B-01, f =105 mm16: 二维平移底座（SZ-02）7: 二维架（SZ-07）17: 升降调节座（SZ-03）8: 光栅(T-GSZ-A24A, d=1/20 mm )18:升降调节座（SZ-03）9: 旋转透镜架（SZ-06A ）19 : 通用底座（SZ-04）10 :透镜 L3 （ T-GSZ-A11, f =225 mm图 20-1图 20-2调节与测量1）按图20-1沿平台米尺安排

58、各器件，调节共轴。另备光栅转台和三棱镜2)开启汞灯，狭缝须调铅直，并使光栅刻线和测微目镜分划板上的毫米尺刻线与狭缝平行。3）将狭缝调窄，前后移动测微目镜，获得清晰的汞的光栅衍射光谱。4）转动目镜，消除光谱线与分划板间的视差。5）根据光栅方程，衍射的各主极大由下式决定：dsin k （ k=0,1, 2L ）实际上因B角很小（图20-2予以放大），可近似地认为d* k（ k=0,1, 2L ）其中d是光栅常量，lk是某待测谱线位置到零级谱线的距离，f是物镜L2的焦距，k是衍射级，是光波波长。用测微目镜对汞的一级光谱中较强的两条黄线，一条绿线和一条蓝线分别测出lY1, lY2, lG和IB,据上式

59、即测得各谱线的波长。左右移动测微目镜，也可以利用二级谱线测谱线波长。页眉内容实验装置(图21-2)1:汞灯(GY-4B)2:透镜(T-GSZ-A07, f =50 mm3:透镜架(SZ-08)4:测微狭缝 (SZ-27B)5:旋转透镜架(SZ-06A )6:平面镜 M2 (T-GSZ-A16)7 :二维架(SZ-07)11:二维平移底座（SZ-02）12:光栅转台（SZ-10）13:平面闪跃光栅 G（ T-WGD300-05116 ）14:二维平移底座（SZ-02）15:透镜架（SZ-08）16:测微狭缝 （SZ-27B）17:升降调节座（SZ-03）6）光栅光谱与棱镜光谱的比较：将等边三棱镜

60、放在光栅转台上，替下旋转透镜架和光栅, 用测微目镜和L 3在适当角度找到汞的棱镜光谱，通过观察比较两种光谱的区别。21光栅单色仪实验原理单色仪是获得可调节单色光的光谱仪器，按所用色散元件不同，可分为光栅单色仪和棱镜单色仪，图21 - 1表示在光学平台上搭建的一种光栅单色仪的简单光路。光源1通过透镜2照亮狭缝S1，狭缝光源的出射光被凹面镜M1准直后，经平面反射光栅 G衍射，再经 M1和平面镜M2反射到狭缝S2。转动光栅台即改变入射角，衍射光谱以波长为序，从S2出射，即获得单色光。图中入、出准直镜的光束夹成小角度，类似利特罗装置*。是一种紧凑的光路设计。页眉内容8：通用底座（ SZ-04）18：升