双棱镜干涉实验难点解析

1、第 22卷第 3期大 学物 理 实 验 PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGEVol.22No.3Sep.20092009 年 09 月出版 文章编号 :1007-2934（2009）03-0023-04 双棱镜干涉实验难点解析刘宏玉（武汉科技大学 ,武汉 ,430081）摘 要 总结了双棱镜干涉实验的调整难点及原因。提出解决的措施并对要点进行 研究分析 ,收到良好效果。提出评价学生调整光路质量的方法。关键词 双棱镜干涉 ;光路调整 ;二次成像 中图分类号 :O4-33 文献标识码 :A 采用双棱镜干涉法测光波波长是大学物理实验的一个典型实验 ,虽然所用仪器很普 通,但整个实验

2、过程对大学生的动手能力、发现问题和解决问题的能力是一个很好 的考验。该实验规定时间一般为 90分钟（两节课 ）,很多学生不能在规定的时间内完 成。究其原因 ,主要是调节方法不当 ,未掌握实验要领。为此 ,笔者进行了关键实验 步骤摸索 ,总结出调试要点 ,应用于实验教学课 ,收到了良好的效果。1 难点及原因 学生未在规定时间完成实验 ,主要表现在 : 调不出干涉条纹 ;将测微目镜远移双棱镜后 ,干涉条纹中心区向上或向下漂移 ; !采用共轭法测虚光源间距时 ,只观察到一个像 （一般为缩小像 ）,无法观察到一大一 小两个像;? 实验数据千差万别。1.1 调不出干涉条纹 调不出干涉条纹主要来源于以下三

3、方面 : 光具座上各光学器件 #等高同轴? 没调好; 狭缝的宽度太宽 ;!狭缝与双棱镜棱脊不平行。其中 , 中多为双棱镜高度调节不好。1.2 将侧微目镜远移双棱镜后 ,干涉条纹中心区向上或向下漂移收稿日期 :2009-02- 16 主要原因在于 #等高同轴 ? 没有调好。1.3 采用共轭法测虚光源间距时 ,无法观察到一大一小两个像 主要原因有 :#等高同轴 ? 没有调好 ;双棱镜与狭缝的距离不当 ;!狭缝与测微目镜的距离不当。1.4 实验数据千差万别主要由于测 x（ 相邻两明或暗条纹的间距 ）与测 D（ 狭缝与测微目镜的距离 ）不同步造 成。2 措施及要点分析2.1 给学生制定操作步骤#等高同

4、轴 ? 调节为第一步 ,也最为关键。 #等高同轴 ? 调节按以下步骤进行 1:A 打 开钠光灯 ,放上会聚透镜、狭缝及测微目镜 ,使其基本等高。B 狭缝打开一定宽度 , 使进入测微目镜的光线足够亮 , 固定狭缝。C 使测徽图镜和狭缝靠近 ,调整狭缝高度 , 使狭缝光斑处在测微目镜中央。D 将测微目镜远移狭缝 ,观察测微目镜中狭缝光斑的变化 , 若光斑中心向上或向下 漂移,调节测微目镜仰角旋钮 ,将光斑调至中央。 #等高同轴?调好的标准是 :当测微 目镜远移狭缝时 ,狭缝光斑在测微目镜中均匀向上下延伸 ,但中心位置不变。若光 斑偏向左右 ,可调节望远镜的左右旋或。 #等高同轴 ? 调好后,固定测

5、微目镜仰角。 放双棱镜于狭缝和测微目镜之间 ,保证双棱镜与狭缝的距离 <2f（f 为辅助透镜的焦 距）。!调整双棱镜高度 ,使光线经其折射重叠形成的 #白亮带? 处在测微目镜中央。 ? 调节狭缝宽度 , 使其尽量窄 , 并调节狭缝方向旋钮 , 使狭缝与双棱镜的棱脊严格平 行,便可调出清晰明锐的干涉条纹。&远移测微目镜 ,使 D 4f。? 在双棱镜和测微目镜间放入辅助透镜 , 调节其高度和左右旋钮 ,使干涉条纹会聚在 测微目镜的中央。（由测微目镜向双棱镜方向移动辅助透镜 ,先看到两虚光源的缩小像 （较窄的等亮度 两条亮线 ）,而后看到放大像 （较宽的等亮度两条亮线 ）。）取下辅助透

6、镜 ,固定光具座上的所有器件 ,开始测量 x与 D的数值。? 放上辅助透镜 ,测量两虚光源的缩小像 d1 值和放大像 d2 值。+整理数据 ,采用公式 =2.2 要点分析D 4f 是二次成像的条件 , 只有满足此条件 , 才有可能调出放大像、缩小像。 为了使干涉条纹增多 ,可采取增大双棱镜与狭缝距离的办法 ,但双棱镜和狭缝的距 离要<2f,这是保证同时调出放大和缩小像的条件。双棱镜干涉实验的基本光路如 图 1所示。当辅助透镜在位置 1 时,测微目镜中可观察到两虚光源 S1、 S2的缩小 像;在位置 2 X 计算光波波长 ,其中 d=D1d2。时,可观察到放大像。由凸透镜的成像规律可知 ,

7、只有当 2f>U>f 时（此时 V>2f）, 测微 目镜中才可看到两虚光源 S1、S2 倒立放大的实像。由于在实验教程中要求学生 每次测量 10 X2, 实际常常调不出 10 条以上明条纹或暗条纹。为了使干涉条纹增 多,可增大双棱镜与狭缝距离 ,但一定要使辅助透镜 （凸透镜 ）满足 2f>U>f, 否则得不 到两虚光源 S1、S2的放大像。图 1 双棱镜干涉实验光路图 根据凸透镜成像规律还可知道 ,形成两次成像时 ,辅助透镜成放大像时所在位置与 狭缝的间距=辅助透镜成缩小像时所在位置与测微目镜的间距 =2（D-D-4fD）, 因此 通过比较辅助透镜放大像位置一狭缝

8、间距、辅助透镜缩小橡位置-测微目镜间距 ,可判断调节出两次成像的质量 ,从而知道学生调节的优劣。!在所有调整 （调出干涉条纹、放大像、缩小像 ）结束后 ,固定实验器件 ,开始全面测 量数据 ,即测量 X、D、d、d2的数据,这可保证测出的数据具有对应关系 ,数据具有 同步性和一致性 ,不致出现完全错误的数据。通过以上方法 ,大部分学生能在 90 分钟内完成实验 ,积极性得到明显提高。 THEANALYSISOFDIFFICULTIESFORBIPRISMINTERFERENCEEXPERIMENTLiuHongyu （WuhanUniversityofscienceandTechnology,

9、Wuhan,430081） Abstract:Theadjustmentdifficultiesandtheirsourcesinbiprisminterferenceexperimentares ummarized.Themea surestoresolveareputforward,whichhavegoodeffectsinexperiment,andthekeypointsareana lysed.Anevaluationforadjustmentofopticalbeamsbystudentsisproposed. Keywords:biprisminterference;adjus

10、tmentofopticalbeam;secondaryimaging （上接 15 页）4 结束语 本文介绍了居里点的测量原理并给出了实验结果。需要说明的是 : 根据本文的原理 , 示波器上所绘出的是 MH 关系图,而非 BH 关系图。这是由于加在示波器 y轴上 的 U2 只能代表励磁线圈中的 M, 不可代表 B 。再者由于有互感的存在 ,即使 M=0,U2 不为零。而根据本文原理 ,居里点是 U2刚好为零时所对应的温度点 ,故采 用曲线延长法来测量居里点。此外 ,本实验所测样品仅是铁磁材料中的一种 ,所测 居里点仅供参考。参考文献1 严 密、彭晓领 .磁学基础与磁性材料 M. 杭州:浙江大学出版社 ,20062 杜义林.实验物理学 M,.合肥:中国科学技术大学出版社 ,20063 徐龙道等 .物理学词典 M. 北京 :科学出版社 ,2004 THEMEASURMENTOFTHECURIEPOINT OFFERROMAGNETICMATERIAL JiaHu(AnhuiUniversityofTechnoloyg,Ma-anshan,243002) Abstract:AwayofqualitativeandquantitativemeasurementoftheCuriep