用成像系统观测环实验报告

1、实 验级：F0703028报学 指导告号：5070309028：助教 18姓名：班实验成绩：批阅日期：同组姓名：高阳实验日期：2008-3-24用 CCD 成像观测环【实验目的】1、在进一步熟悉光路调整的基础上,用透射光观察等候现象环2、学习利用现象测量平凹透镜的曲率半径【实验原理】当用平行光照射环仪时,在球面与平接触点周围就形成了环。我们之间的可以用透射光来观察这些环，由于空气隙的边界表面是弯曲的， 间距是不等的。如下图：图1 环原理图在图 2 中，一L 从左面照在距离为 d 的空气楔处部分光 T1 在气楔的左面边界反射回去部分光 T2 通由于此处是从折射率大的平楔在气楔的右面边界有部分光

2、T3 反射回来， 面反射，所以包含一个相位变化部分光 T4 先从气楔右边界反射回来 然后又从气楔的左面边界反射回来，每一次反射均有一个相位变化（即半波损失）图 2 表示两光程差T2 和 T4 形成透射的原理和 2d 2形成亮纹的条件： n · （n = 1，2，3，表示条纹的级数），即 d=n 1 当二块相接触时 d = 0，中心形成亮纹。对于小的厚度 d，环即环的半径可以用下式来计算r n 1 · R · n = 1，2，3当平凸透镜与平式为：的接触点受到轻压时，我们必须相应修正上述公式，近似公d R d对于亮环r的关系如下：r n 1R · 2R &

3、#183; d1【实验数据1、CCD 定标、实验结果计算】x = 3.941(mm)表 1 夹缝宽度的原始数据取平均值后得到：L/x = 0.0084212、环的曲率半径的测量表 2环的曲率半径原始数据2条纹级数 n环像 rn(像素)环 rn(mm)2rn(mm2)5200.721.6902.8566219.681.8503.4227235.991.9873.9488253.262.1334.5509265.592.2375.00410279.962.3585.56011294.872.4836.16512307.802.5926.71813320.412.6987.27914331.812.

4、7947.806定标次数夹缝宽度（像素）L/x1468.010.0084212467.500.0084303468.520.008412根据图像分析，保留了所有数据点，得到了 n - 1 与R图像如下：图 2环曲率半径的拟合直线图像ParameterValueErrorA B0.653220.55030.034170.00344RSDNP0.999840.0312710<0.0001最后计算得到：R B 933.8mm)Ad 3.498 10(mm)R3【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1、由于此实验没有标准结果,所以无法得知我们测量的数据误差大小,但我们还是可以进行以下简单的误

5、差分析。我认为误差主要出现对图像的分析上，由于一开始的光环较粗，无法准确 与之相符的圆的位置。其次，CCD 定标时无法保证测量足够准确，在作图像分析由于人眼导致一定的误差。最后，有一定的误差可能存在于整个系统的不稳定性，例如凸透镜的不稳定性等等。2、在处理数据时，由于之前我做过测量声速的实验，又经过了一些思考，我认为这个实验数据的处理也可以使用逐差法，经过计算得到了下面这个结果：表 3 逐差法处理环数据D R D 933.2mm)与使用作图法做出的结果相差不多，可以看出在实验中使用这两种处理数据的方法均可。3、关于成像的一些讨论，在这个实验过程中，成像部分是此试验的重点与难点， 如何能最快速的

6、得到我们所需要的最清晰最准确的图像是我们最需要学习的。我们做实验的时候也遇到了许多心等等，但通过调节物距与像距来，例如找不到图像，图像过大，图像不在正中成像，以及调整摄像头的位置来调整图像等待方法，我们终于得到了较为满意的图像。4编号12345D2.8563.4223.9484.5505.004D5.5606.1656.7187.2797.806D2.7042.7432.7702.7292.802【思考题解答】1.对于同一环装置，反射式环与透射式环有什么异同之处？光在被反射过程中，如果反射光在离开反射点时的振动方向对入射光到达入射点时的振动方向恰好相反，这种现象叫做半波损失。从波动理论知道，波

7、的振动方向相反相当于走（或少走）了半个波长的光程。入射光在光疏媒质中前进，遇到光密媒质界面时，产生半波损失，这只是对光的电场强度矢量的振动而言。如果入射光在光密媒质中前进，遇到光疏媒质的界面时，不产生半波损失。不论是掠射或垂射，折射光的振动方向相对于入射光的振动方向，永远不发生半波损失。反射式环与透射式环。相同之处，都是明暗相间的环。不同之处，两者间光程差相差半波长。也就是说反射的光程差rD R而透射式的光程差为rD R 2环的半径，R 是球半径，是波长。这样的结果导致反射光中的亮其中，r 是圈半径恰好等于透射光中的暗圈半径。且反射式式正好相反。环中心的明暗正好与透射式2公式d d 中d 表示什么意义？Rd为平凸透镜与平的挤压产生的挤压厚度误差。3.当用白光照射时，环的反射条纹与单色光照射时有何不同？用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接处点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。它们是由球面上和平面上反射的光线相互而形成的条纹。【实验感想】这是我在整个物理基本试验里选的第一个光学试验，虽然这个实验的原理比较简单，但是它还是而更加深入的了解了了我很多光学实验的一些基本技巧以及条件。