光学基础实验

实验四光学实验

实验目的：

光学是中学物理教学较为直观的内容之一.增加这部分演示实验内容，特别是课题实验演示或课堂实验演示，对中学生建立从实验中分析、总结结论，并得出规律的物理准确思维非常必要.下面综合几何光学、波动光学、光学应用三方面推荐演示实验.

仪器、用具及原理：详见各实验.

一、光学实验演示

（一）、实验目的：

1．掌握GY-Ⅱ激光光学演示仪构造和原理并利用其演示一组光学实验；

2．掌握光学实验原理和关键，指导中学生做好光学实验.

（二）、实验仪器

GY-Ⅱ激光光学演示仪、硅光电池、检流计.

（三）、实验内容

1.光的独立传播定律

[用具]：本机

[原理]：一条光线的传播不因另一条光线的存在与否而受影响.

[步骤]：如图4-1，调整分束器，使两条光线相交于一点.在交点之前，用不透光纸片挡住任意一条光线，观察到另一条光线的传播不因第一条光线的存在与否而受影响.

2.光的直线传播定律

[用具]：本机、平面镜

[原理]：光在同一种均匀媒质中沿直线传播.

[步骤]：开启激光器.调整分束器，如图4-2只用1#分光镜.把平面镜插入度盘中，成水平.观察光在同一种均匀媒质中沿直线传播.

图4-1 图4-2 图4-3 图4-4 图4-5

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3.光的反射定律

[用具]：本机、平面镜

[原理]：光的反射定律

[步骤]：(如图4-3)

（1）将平面镜转轴插入度盘孔，并垂直0—0线.

（2）调整分束器，只用一条光线，并使它沿度盘半径方向入射.

转动度盘，使入射光线以不同的入射角射向平面镜，读出反射角.分析对应的入射角和反射角之间的关系.

4.平面镜对会聚光线成实像

[用具]：本机、平面镜

[原理]：光的反射定律

[步骤]：(如图4-4)

（1）调整分束器，产生会聚光线，其交点为S.

（2）将镜插入度盘孔，会聚光反射，得S点（屏）和像S′（可看到）.

5.平面镜对发散光线成虚像

[用具]：本机、平面镜

[原理]：光的反射定律

（3）[步骤]：调整分束器，如图4-5，产生发散光线，投射在平面镜上，反射后可得虚交点S′，实

6.平面镜转角和出射光线转角关系的测量

[用具]：本机、平面镜

[原理]：光的反射定律

[步骤]：(如图4-6)

（1）调整分束器，只用一条光线，使它沿度盘半径方向射到平面镜上.记录反射角的值θ1.

（2）转动度盘，从指标线上读出度盘转角α，再读出这时的反射角θ2，求出α和|2（θ1-θ2）|之间的关系.

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7. 光在两种介质面上的定向反射 [用具]：本机、平面镜

[原理]：平行光束在两种介质面上产生定向反射.

[步骤]：将平面镜插入度盘中.调整分束器，如图4-7，得平行光线，投射在2#平面镜上.光束产生定向反射.

8. 双平面镜成象特性测定 [用具]：本机、双平面镜 [原理]：光的反射定律

[步骤]：将双平面镜插入度盘中.如图4-8，调节分束器，使光投射在双平面镜上，当度盘转动时，出射光保持不动.测出入射光与二次反射光夹角β和双平面镜间夹角 的关系.

9. 透镜扩束

[用具]：本机、正透镜（或负透镜） [原理]：透镜有扩束作用. [步骤]：(如图4-9)

（1） 把装有正透镜（或负透镜）的支架放在演示仪平台上，靠近演示屏.

（2） 开启激光器，调整1#分光镜，使激光束垂直地投射在正透镜上，获得锥形（或发散）光束.（这时不用柱面透镜扩束）.

图4-10 图4-11

10. 柱面透镜扩束 [用具]：主机

[原理]：光在不同介质中发生折射

[步骤]：开启激光器.如图4-10，把柱面透镜放入光路中，获得扇形光束. 11. 分束器分光 [用具]：主机

[原理]：分束器可将光线分束，在演示屏上得到不同的位置和光线轨迹.

[步骤]：开启激光器.如图4-11，调节分束器分光镜，得平行光线、会聚光线、发散光线或任意方向光线

.

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图

图12. 光栅分束

[用具]：本机、1#衍射片. [原理

]：光的衍射原理.

[步骤]：如图4-13，移去柱面透镜，开启激光器.调整分束器，仅用1#分光镜.1#衍射片插入夹持架并作适当调整，可得定向分光.

13. 光的漫反射

[用具]：本机、漫反射镜

[原理]：漫反射光线方向四面八方

[步骤]：如图4-13，将漫反射镜插入度盘中.调整分束器使产生一束平行光线，投射在漫反射镜上，观察反射光线的方向.

14. 光的反射现象的应用 [用具]：直角棱镜、本机 [原理]：光的反射定律 [步骤]：(如图4-14)

（1） 使直角棱镜的一个直角边垂直水平线，用两条光线，使光偏折90°

. （2） 使直角棱镜的斜边垂直水平线，用一条光线，偏转180°

. 15. 潜望镜原理的演示 [用具]：潜望镜、本机 [原理]：光的反射定律 [步骤]：如图(4-15)

（1） 用二条光线照射竖直放置的潜望镜，即显示出潜望镜光路.

（2.也可显示出潜望镜光路

图4-16 图4-1

16.凹面镜的汇聚作用、焦点和焦距的测定

[用具]：凹面镜、本机

[原理]：光的反射定律

[步骤]：(如图4-16)，凹面镜对称地置于0—0线上.调整分束器使产生一束与主光轴平行的平行光线，经凹面镜反射后会聚于焦点F，测出其焦距，验证凹面镜半径和焦距的关系.

17.通过凹面镜球心的光线反射后按原路返回

[用具]：凹面镜、本机

[原理]：光的反射定律

[步骤]：(如图4-17)

（1）凹面镜对称地置于0—0线上.

（2）调整分束器，三条光线分别通过凹面镜球心观察反射光线.

图4-18 图4-19 图4-20

18.光的折射现象、折射定律和光的可逆性的测定

[用具]：半圆柱透镜、本机

[原理]：光的折射定律和光的可逆性

[步骤]：(如图4-18)

（1）将半圆柱透镜转轴插入度盘孔中，底面垂直0——0线.

（2）调整分束器，使上光线水平通过度盘孔中心，向右转度盘150°，量出入射角和折射角，求出半圆柱透镜材料相对于空气的折射率.

（3）注意入射角和折射角的大小，然后继续向右回转度盘150°，此时在界面上发生折射现象，若入射角等于前一种情况的折射角，则此时的折射角恰好等于前一种情况的入射角，这说明光的可逆性.

19.光的掠射、全反射现象及临界角的测定

[用具]：半圆柱透镜、本机

[原理]：光的掠射、光的全反射

[步骤]：（如图4-19）

（1）调整分束器，使上光线和0——0线重合.

（2）将半圆柱透镜转轴插入度盘孔中，并使底垂直0——0线.圆柱面向着光线入射方向，使入射角与

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反射光线垂直.

（3）转动度盘，开始入射角较小时，可看到界面反射光亮度弱，折射光强；随着度盘转动，反射光线度渐渐增大，折射光线渐渐减弱.

（4） 折射角恰好为90°

时，光线发生掠射，记下此时入射角的值，既为玻璃对空气界面的临界角，可以验证：sin i 0=

n

1

（5） 入射角大于临界角，界面没有折射光，全被反射，发生全反射. 20.棱镜最小偏向角及其材料折射率的测定 [用具]：等边棱镜、本机 [原理]：光的折射定律 [步骤]：（如图4-20）

（1） 把等边棱镜转轴插入度盘孔内，使顶角α的平行线与0——0线重合. （2） 调整分束器，使光线沿度盘半径方向射入棱镜.

（3） 转动度盘，出射光线方向发生变化，但在某一个位置上，度盘虽转动，出射光线基本不动，此时入射光线和出射光线的夹角为最小值向角0ω.记下读数.此时在棱镜内部光线平行底边.

（4） 根据下式可求出棱镜材料折射率n =

2

sin

2sin

α

δα+

图4-21 图4-22

21.光通过平行平板时平行位移量测定 [用具]：平行平板、本机 [原理]：光的折射率定理 [步骤]：（如图4-21）

（1） 把平行平板转轴插入度盘孔中，再使光线射向平行平板.

（2） 转动度盘使光线对水行平板的入射角尽量大.观察出射光线和入射光线，它们互相平行，但有一定位移量.并用三角板测定之.

22.光导纤维原理 [用具]：螺形、玻璃棒 [原理]：光的全反射

l

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[步骤]：（如图4-22）

（1） 把螺形玻璃棒插入夹持架中.开启激光器，移出柱面透镜.

（2） 利用分束器中1#分光镜，把激光束射入螺形玻璃棒的一端.因光在其内部全反射而在另一端射出，从而照亮在附近的屏幕.

23.物体到凹面镜距离大于二倍焦距时所成的象 [用具]：凹面镜、本机 [步骤]：（图4-23）

（1） 凹面镜对称地置于0——0

线上.

（2） 调整分束器，使上光线通过球心，中光线平行光轴，下光线和0——0线重合光轴），得AB 的象A ′B ′.

24.物体到凹面镜距离大于一倍焦距时所成的象 [用具]：凹面镜、本机 [步骤]：

（图4-24）

（1） 凹面镜对称地置于0——0线上

（2） 调整分束器，使上光线平行0——0线，中光线和0——0线重合（光轴，下光线通过凹面球心，得物AB ，成象A ′B ′）.

25.物体位在凹面镜的焦面上，其象无穷远 [用具]：凹面镜、本机

[步骤]：如图4-25，凹面镜对称地置于0——0线上.调整上光线，中光线和下光线，物体AB 在凹面镜焦面上，其象即在无穷远.

F

26.物体位在凹面镜焦点以内时所成的象

[用具]：凹面镜、本机

[步骤]：如图4-26，凹面镜对称的置于0——0线上.调整分束器，中光线作为凹面镜光轴上光线平行其光轴，下光线通过凹面镜球心C，AB为实物，A′B′是AB的虚象.

27.凸面镜的发散作用及虚焦点的测定

[用具]：凸面镜、本机

[步骤]：如图4-27，凸面镜对称地置于0——0线上.调整分束器，产生3条平行光线，经凸面镜反射呈发散状，其延长线交于一点——虚焦点F′.

28.经过凸面镜球心的光线，按原路返回

[用具]；凸面镜、本机

[步骤]：如图4-28，凸面镜对称地置于0——0线上.调整分束器，使上、中、下光线通过凸面镜球心C，此时反射光线按入射光线方向原路反射回来.

29.凸面镜成象

[用具]：凸面镜、本机

[步骤]：如图4-29，凸面镜对称地置于0——0线上.光线通过凸面镜球心

C，中光线平行光轴，且在

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[步骤]：如图4-30，将双凸面镜对称的放于0——0线上.调整分束器，使用中光线和光轴重合，上下光线通过透镜节点，可见光线经节点后，按原来方向前进.

31.正透镜物方焦点的演示

[用具]：双凸透镜、本机

[步骤]：如图4-31

（1）将双凸透镜对称的放于0——0线上.

（2）调整分束器，使中光线通过光轴，交使3条光线经过透镜后平行光轴，此时该3条光线在镜前的交点即为F.

32.正透镜的会聚作用、象方焦点，焦面、焦距的特点

[用具]：双凸透镜、本机

[步骤]：如图4-32，将双凸面镜插入盘中，选上、中、下光线，均平行光轴.经透镜折射交于一点.即为象方焦点.该象方焦点F′垂直于光轴平面即为象方焦面，并测出后截距

（象方凸面切线到象方焦

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-33，将双凸透镜插入盘中，选用上光线通过节点，中光线平行光轴，下光线通过光轴，使上、中光线的焦点B（物顶点）到双凸透镜距离大于2倍焦距.AB为物A′B′为象.

34.转象（等大）系统成象原理

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-34，将双凸透镜插入盘中，选用上光线通过双凸透镜节点，中光线平行光轴，下光线和光轴重合，使上、中光线的交点为B，AB为物，它到正透镜距离等于二倍焦距，其象为A′B′.

35.投影放映系统成象原理

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-35，将双凸透镜插入盘中，选用上、中、下三条光线，上、中二条光线交点为B，AB 为物，它到透镜距离小于二倍焦距，大于一倍焦距，其象为A′B′.

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[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-36，将双凸透镜插入盘中，选上、中光线通过透镜物方焦点上一点B，下光线和光轴重合，AB为物体，其象在正透镜象方无穷远.

37.放大镜成象原理

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-37，将双凸透镜插入盘中，选取上光线，中光线，和下光线.上光线、中光线的交点B位于透镜一倍焦距之内，经双凸透镜成放大正立、虚象A′B′.

38.虚物位于正透镜的象方焦点F′之内的成象特性

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-38，将双凸透镜插入盘中，选上、中、下光线.使上光线平行光轴，中光线和透镜光轴重合，把3#

于象方焦点之内，得缩小、正立、实象A′B′.

[用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-39，将双凸透镜插入盘中，选上、中、下光线平行光轴，中光线和光轴重合，把3#分光镜至位于分束器下的分束器接长架上，使下光线通过透镜节点，构成虚物AB于象方焦面上，可见，象A′B′位于二分之一象方焦面处.

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40.虚物位于正透镜二倍象方焦距处时成象特性 [用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-40，将双凸透镜插入盘中，选用上、中、下光线.虚物AB 位于二倍象方焦距处时，

41.虚物位于正透镜二倍象方焦距之外时成象特性 [用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-41，将双凸透镜插入盘中，调整分束器，将上光线平行光轴，中光线和光轴重合，下光线通过透镜节点，使虚物AB 位于二倍象方焦距以外，得缩小正立实象A ′B ′.

42.虚物位于透镜象方向无穷远时的成象特征 [用具]：双凸透镜

[步骤]：如图4-42，将双凸透镜插入盘中，调整分束器，使下光线通过双凸透镜节点，中光线和光轴重合，上光线平行下光线，使虚物AB 位于象方无穷远处，则成缩小、正立实象A ′B ′于象方焦面上.

图4-43 图4-44 图4-45 图4-46

43.开普勒望远镜成象原理 [用具]：开普勒望远镜

[步骤]：如图4-43，将开普勒望远镜插入盘中，使上、中、下光线平行于光轴入射，且中光线和光轴重合，其出射光线也平行于光轴.

44.无穷远轴处物点对开普勒望远镜所成的象

[用具]：开普勒望远镜

[步骤]：如图4-44，将开普勒望远镜插入盘中，使上、中、下光线平行于光轴入射，且中光线和光轴重合，其出射光线也平行于光轴.转动度盘既可显示.

45.负透镜的发散作用，虚焦点F 虚焦面及其后截距测定.

[用具]：平凹透镜.

[步骤]：如图4-45，将平凹透镜的平面向着入射光放置.使上、中、下光线平行平凹透镜光轴入射，且使中光线和光轴重合.把出射光线相反方向延长、得虚焦点、虚焦面，并测定截距.

46.实物经棱镜成虚象

[用具]：等边棱镜

[步骤]：如图4-46，使等边棱镜的一边平行水平面放置.使上、中两光线在等边棱镜前交于一点A，作为物，成虚象.

图4-48

47.伽利略望远镜成象原理

[用具]：伽利略望远镜

[步骤]：如图4-47，使光线入射到伽利略望远镜的凸平面镜上，使上、中、下光平行光轴入射，中光线和光轴重合，则出射光线也平行于轴入射.

48.无穷远轴外物体对伽利略望远镜所成的象

[用具]：伽利略望远镜

[步骤]：如图4-48，使光线入射到伽利略望远镜的凸平面镜上，使上、中、下光平行光轴入射，中光线和光轴重合，则出射光线也平行于轴入射.转动度盘既可.

49.显微镜成象原理

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[用具]：双凸透镜、本机.

[步骤]：如图4-49，调节分束器，使上光线和显微镜光轴重合，中光线平行光轴，下光线通过显微镜物镜节点，且使中、下光线交于物镜一倍焦距以外二倍焦距之内，得物AB ，其物为AB ，其象为A ′B ′.

50.近视眼矫正原理

[用具]：双凸透镜、平凹面镜、本机 [步骤]：如图（4-50）

（1） 入射双凸透镜，调整分束器，使上、中、下光线平行光轴入射，且中光线和光轴重合，得象点. （2） 把平凹透镜放置在双凸透镜前，二者间距1-5mm, 可见象点A ′，向右移动得A ″. 51.远视眼矫正原理

[用具]：双凸透镜、平凸面镜、本机 [步骤]：如图（4-51）

（1） 调整分束器，使上、中、下光线平行光轴入射，并且中光线和光轴重合，得象点A ′. （2） 把平凸透镜放置在双凸透镜前，二者间距1-5mm, 可见象点A ′，向左移动得A ″.

图4-52 图4-53

52.杨氏双缝干涉

[用具]：1---扩束物镜—置光具架上；2---刻有双缝的照片—置夹持架上；3---白纸屏（或墙）. [步骤]：（如图4-52）

（1）调节夹持架，使双缝置于扩束镜光路中. (2) 调节扩束物镜与双缝距离，使光束正好充满双缝.

(3) 观察远离双缝的白色纸屏或墙上产生的干涉条纹，变更双缝间距，比较干涉条纹间距的变化，验证条纹间距的公式.

53.劈尖干涉

[用具]

：1-扩束镜；2-准直镜；3-劈尖和4-会聚镜（中学实验可不用）；5-白色纸屏.

[步骤]：如图4-53，将扩束镜、准直镜、劈尖、会聚镜置于光具架上，调节各元件高度，在白色纸屏上即可看到劈尖形成的平行等厚干涉条纹.

3

183

图4-54 图4-55

54.单缝衍射

[用具]：1---1#衍射片；2---

白色纸屏（或墙） [步骤]：（如图4-54）

（1）将1#衍射片插在夹持架上.调节夹持架，使激光束正好通过衍射片上的单狭缝，在离衍射片相当远的纸屏（或墙）上可看到明暗相间的衍射条纹.

（2）使用不同宽度的单狭缝，观察条纹间距的变化. 55.双缝、三缝、四缝、圆孔、方孔、矩孔、三角孔衍射 [用具]：衍射片、本机

[步骤]：同图4-54，将衍射片插在夹持架上.调节夹持架，使激光束正好通过衍射片上的狭缝，在离衍射片相当远的纸屏（或墙）上可看到明暗相间的衍射条纹.更换不同间距的双缝、三缝、四缝、光栅、圆孔、方孔、矩孔、三角孔，观察衍射条纹的变化.

参考选择实验 56.偏振器

[用具]：1--起偏器、2--检偏器、光具架和3--屏 [步骤]：（如图4-55）

（1）将起偏器放在光具架上，调整光路使激光束通过起偏器.

（2）将偏振实验片a ，插入移动架，并将检偏器外槽插入插座，旋转检偏器，屏上光点发生明暗变化，变化周期为180°

.

（3）若将起偏器放入柱面扩束镜遮壳的方孔，将检偏器旋入起偏器圆孔中，使用柱面扩束镜，直接在演示屏上看到光明暗变化.

57.马吕斯定律验证

将经过起偏器、检偏器的激光束由硅光电池接收，并由检流计显示出与光强成正比的光电流读数. 步骤：

（1） 旋转检偏器，使光电流值最大，记下初始光电流值i 0.

（2） 继续旋转检偏器，依次记下各旋转过的角度a 及相应的光电流读数.

184

（3） 列表定量验证马吕斯定律（实验时要调节起偏器和检偏器正交时的电流值为0） 58.反射光的偏振

[用具]：检偏器、演示屏转盘、洛埃镜玻璃片、偏振实验插片b 、屏. [步骤]：

（1） 调整演示屏上转盘中心直线成水平，激光束亦置于同一水平面. （2） 将粘胶在转轴上的洛埃镜玻璃片置于转盘中心，并与中心线垂直. （3） 旋转转盘，使激光束在玻璃片表面被分成反射光与投射光.

（4） 将带有弯槽的偏振实验插片座口置于演示屏边，并将检偏器外槽插在片上.

（5） 旋转转盘，改变入射角，并移动插片座，使检偏器始终置于光路.在I 处于不同值时，旋转检偏器，检查反射光偏振化程度，I 增大，反射光偏振化程度也渐增大.当1

2

0n n tgi =时，反射光成为全偏

振光，i 0为布儒斯特角.这时透射光仍为非偏振光.

图4-56 图4-57

59.玻璃片堆透射起偏 实验示意图如图（4-56）

将数片玻璃片组成的玻璃片堆紧夹于洛埃玻璃镜片上，当入射角I =i 0时，用插在移动架上的检偏器，检验透射光的偏振性.增大玻璃片数，透射光偏振化程度亦增加.

60.透射及反射偏振光偏振面检验

在上述实验中，将检偏器通过光具架及插片座b 置于玻璃片堆之前，并绕光线轴旋转，可以在屏上看到反射光与透射光交替地变亮变暗.

61.在“反射光的偏振”实验中，将洛埃镜片换成解石，并利用插在移动架上的检偏器，检验O 光与E 光的偏振特性.

62.二分之一波片

[用具]：1、起片器一置光架上；2、2

λ

片—通过偏振实验插片置于架上；3、检偏器—通过偏振器实验插片a 夹持架上；4、屏.

[步骤]：（如图4-57）

185

（1） 将起偏器、检偏器一前一后置入光路，旋转检偏器，使屏上光斑消失.

（2） 将

2λ片置于起偏、检偏器之间，旋转2λ片使屏上光斑最亮，这时2

λ片光轴与入射偏振面成450

. （3） 将检偏器旋转2π角，屏上光斑消失，说明经2λ片后，偏振面旋转了2

π

角.

（4） 在2λ片在其它任何位置时，旋转检偏器一周.光屏上明暗仍发生此变化说明线偏振光经2

λ

片后

仍为线偏振光，但偏振面发生了旋转.

63.四分之一波片： 实验方法同上.将2λ片换成4λ片，通过实验证明，平面偏振光经过4

λ

片后成为圆偏振光（当入射偏振面与4

λ片光轴成45°

时，成椭圆偏振光）.

图4-58 图4-59 图4-60 64.光弹性实验

[用具]：1、扩束物镜；2、起偏器----以上均置于光具架上；3、弹性试件；4、检偏器----通过偏振实验插片a 置于夹持架上.

[

步骤]：（如图4-58）

（1） 将扩束器、起偏镜、检偏器置于光路，并使扩束后的光束基本上充满偏振器光孔. （2） 旋转检偏器，使之与起偏器正交.

（3） 将施加了力弹性试件置于检偏器近处，可看到试件上由于内应力产生的双折射干涉条纹. 65.杨氏双孔干涉条纹.

实验方法同实验54，将单缝换成双孔. 66.

牛顿环

实验方法同实验53，将劈尖换成环在白色纸屏，上可看到亮暗相间的同心圆条纹. 67.透明平行板干涉

[用具]：1.扩束镜----置光具架上；2.洛埃镜玻璃片；3.屏

[步骤]：如图4-59，将洛埃镜玻璃片置于演示屏度盘中心，调节扩束镜位置，使扩束后的光束通过度盘中心，旋转度盘使玻璃片差不多与光束平行，观察2—3米外的屏上两组干涉条纹.

68. 洛埃镜干涉

3 2

186

[用具]：１.扩束镜-----置光具架上２.洛埃镜３.白色纸屏（或墙）.

[步骤]：在上述实验中将扩束镜移近洛埃镜，并转动转盘至光掠入射到洛埃镜上，使反射光与透射光重迭，在２米处的屏上可看到清晰的干涉条纹.

69.双棱镜干涉

[用具]：１. 扩束透镜——置光具架上２. 双棱镜——用双棱镜座夹，置光具架上３. 白色纸屏. [步聚]：如图4-61，调节分束器上反光镜及扩束镜，使用扩束后的光束正好通过双棱镜中间的棱线，

. 图4-63 图4-64 图4-65

70. 菲 涅 耳 双 面 镜 干涉

[用 具] ： １. 扩 束 透 镜 ； 2 .

菲 涅 耳 双 面 镜 （ 以 上 均 置 于 光 具 架 上 ） ： ３ . 白 色 纸 屏 . [步 骤] ： （如图4-63）

（ １ ）调 节 分 束 器 上 反 射 镜 、 扩 束 镜 等 ， 使 扩 束 后 的 光 束 正 多 斜 射 到 菲 涅 耳 双 面 镜 上 、 （ 扩 束 镜 尽 可 能 靠 近 双 面 镜 ） 调 节 双 面 镜 位 置 及 角 度 ， 使 在 前 面 纸 屏 上 出 现 清 晰 的 干 涉 条 纹 .

（ ２ ） 调 节 双 面 镜 之 间 的 角 度 ， 注 意 观 察 干 涉 区 及 干 涉 条 纹 的 变 化 . 71. 菲 涅 耳 园 孔 、单 缝、单 丝、直 边 衍 射

[用 具] ： １. 扩 束 透 镜 一置 于 光 具 架 上 ； ２ . 带 有 孔 的 衍 射 片 一置 于 夹 持 架 ； ３. 白 色 纸 屏 . [步 骤]： （如图4-62）

（ １ ） 调 节 夹 持 架 使 扩 束 后 的 凝 光 束 充 满 衍 射 片 上 的 小 园 孔（单 缝、单 丝、直 边） ， 在 白色 纸 屏 上 可 以 看 到 菲 涅 耳 衍 射 图 样 .

（ ２ ） 移 动 纸 屏 位 置 ， 观 察 不 同 距 离 的 衍 射 图 样 的 变 化 .

72.圆 盘 ： 为 增 加 光 源 与 圆 盘 距 离 ， 应 将 上 述 实 验 中 的 扩 束 透 镜 移 去 .

73. 激 光 散 斑 ： 将 复 制 有 很 多 斑 点 ， 散 斑 衍 射 Ｘ 插 入 移 动 架 ， 并 对 准 光 路 ， 观 察 透 射 光 反 射 光 的 无 规

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则 干 涉 图 样 .

74. 网 格 的 夫 朗 和 弗 衍 射 和 菲 涅 耳 衍 射 的 比 较

[ 用 具] ： １ . 扩 束 镜 ， ２ . 准 直 镜 （ 以 上 均 置 于 光 置 架 上 ）， ３. 网 格 衍 射 片 ； ４. 屏 （ 或 墙 ） [步骤]：如图4-64

（ １ ）调 节 扩 束 镜 与 准 直 镜 以 获 得 平 行 光 束 .

（ ２ ）将 带 有 网 格 的 衍 射 照 片 插 入 夹 架 ， 并 将 网 格 置 于 光 路 ， 可 在 白 屏 上 清 晰 地 看 到 夫 朗 和 弗 衍 射 图 样 .

（ ３ ） 移 去 准 直 物 镜 ， 在 屏 上 可 看 到 网 格 的 菲 涅 耳 衍 射 图 样 . 75.无 透 镜 自 成 象 （ 傅 立 叶 成 象 ）

[ 用 具] ： １. 扩 束 镜 — 置 光 具 架 上 ； ２.网 格 衍 射 片—用 双 棱 镜 座 置 于 光 具 架 上 ； ３ . 白 色 纸 屏 （ 或 墙 ） . [步 骤 ]： （如图4-65）

（ １ ）激 光 束 通 过 扩 束 ， 调 节 衍 射 片 使 网 格 置 于 光 路 .

（ ２ ） 顺 光 束 方 向 ， 移 动 衍 射 片 ， 将 看 到 变 化 的 菲 涅 耳 衍 射 图 样 ， 在 离 焦 点 某 一 距 离 处 ， 形 成 清 晰 的 傅 立 叶 网 格 象 .

（ ３ ） 继 续 移 动 衍 射 片 ， 傅 立 叶 网格象 重 复 出 现 .

图4-66 图4-67

76.空 间 滤 波 （ 阿 贝 一 波 特 实 验 ）

[用 具] ： １ . 扩 束 物 镜 ２. 准 直 物 镜 ３.网 格 衍 射 片 ４. 会 聚 透 镜 ５. 狭 缝 衍 射 片 ６ .逆 变 换 透 镜 ７. 屏 . [步 骤 ]： （如图4-66）

（ １ ） 将 扩 束 物 镜 、 准 直 物 镜 置 于 光 具 架 并 搁 置 于 演 示 仪 底 座 上 ， 调 节 准 直 镜 位 置 以 获 得 平 行 光 束 . 在 靠 近 夹 持 架 约 ４ ０ 毫 米 处 搁 置 会 聚 透 镜 ， 使 聚 焦 于 振 片 平 面 上 .

（ ２ ） 用 双 棱 镜 座 夹 持 网 格 衍 射 片 . 并 置 于 光 具 架 上 ， 搁 置 在 物 镜 上 ， 搁 置 位 置 为 物 镜 的 前 焦 面 ， 可 以 在 １.５ 米 外 的 屏上 看 到 清 晰 的 付 立叶 网 格 象 .

（ ３ ） 将 狭 缝 衍 射 片 插 入 夹 持 架 （ 会 聚 物 镜 的 后 面 即 变 换 焦 面 ， 在 平 面 上 可 以 看 到 输 入 信 号 的 夫 朗 和 弗 衍 射 图 样 ） . 移 动 夹 持 架 使 狭 缝 通 过 衍 射 图 样 中 心 ， 在 屏 上 可 以 看 到 经 过 滤 波 的 图 象 .

（ ４ ） 若 将 150/

2=f 的 透 镜 置 于 变 换 平 面 后 150 毫 米 处 ， 这 就 是 一 个 逆 变 换 镜 、 在 输 出 平 面 上 形

眼睛

成输入信息—一网格的象.

77. 全息照片再现

[用具]：扩束镜、全息照片

[步骤]：如图4-67 ，激光束经扩束镜扩束，手持一全息照片，使其与光路成一倾角，在衍射方向可看到一再现立体象，改变视角方向，可看到立体象的不同部位，用黑纸遮住不同部分，仍可以看到一个完整的象.

二、光照度的平方反比律

（一）、实验目的：证明点光源在元面积上所产生的光照度与光源至该元面积的平方成反比.

（二）、器材与装置：点光源（具有密绕灯丝的小灯泡）、小光屏（长20厘米、宽15厘米）、大光屏（长60厘米、宽45厘米）.实验装置如图4-68所示.将大光屏划分成九个相同的小格子，这每个小格子的面积和形状与小光屏相同.

（三）、操作与演示：如图4-68所示，将点光源、小光屏和大光屏

安置好.使小光屏与点光源保持一定相应距离，这些距离之间的比例应分

别为1∶2和1∶3.实验表明，点光源在同一立体角内，向各个相互平行

的平面的投影与点光源至这些平面的距离平方成正比.

图4-68

三、偏振光实验

（一）、实验目的：偏振光是物理光学的重要内容之一，偏振光的应用已遍及科研生产、工程设计和国防建设等部门，但是，目前在全国各高校的物理实验中，开设偏振光实验的却为数不多，其重要原因是缺乏比较理想的偏振光实验仪器，下面介绍一个在光具座上做偏振光实验的仪器.

（二）、实验仪器设备：

1.起偏器

2.带小孔光屏

3.观测布儒斯特角装置⒋1

4

波片及转动装置5.

1

2

波片及转动装置6.检偏器

7.光电转换装置

（三）、实验观测的内容和指标

1.起偏与检偏，鉴别自然光与偏振光

根据马吕斯定律，定量观测光电流I（光强）随检偏器转角的变化关系，并求出I—— 2

cos关系曲线.

2.观测布儒斯特角及玻璃的相对折射率

188

189

根据布儒斯特定律n tg =?，可定量观测玻璃的布儒斯特角?.及相对折射n ，其0?的E ≤0.2%，n 的E ≤0.4%.

3.观测椭圆偏振光与圆偏振光

根据线偏振光通过波长片后，o 光和e 光产生相位差的原理，可定量观测椭圆偏振光和圆偏振光，如观测椭圆偏振光的长、短轴振幅之比的相对误差E ≤1%（其误差与激光器发光的稳定度关系较大）.

4.可鉴别椭圆偏振光与部分偏振光、圆偏振光与自然光.

5.可观测线偏振光通过1/2波片时的现象等. （四）、偏振光的观测与研究的实验报告 1.目的

（1） 观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念. （2） 了解偏振光的产生和检验方法. （3） 观测布儒斯特角及测定玻璃折射率. （4） 观测椭圆偏振光和圆偏振光. 2.仪器

光具座、激光器、光电检流计、偏振片、1/4波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、钠光灯. 3.原理

按照光的电磁理论，光波就是电磁波.电磁波是横波.所以光波也是横波，因为在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，所以常以电矢量作为光波的振动矢量.其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征.

根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取向几率相同，称为自然光；若电矢量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，则称为部分偏振光.

偏振光的应用遍及于工农业、医学、国防等部门.利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法.

（1）获得偏振光的方法

a.非金属镜面的反射.当自然光从空气照射在折射率为n 的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光.当入射角增大到某一特定值?时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，这时入射角0?称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得： tg 0?=n （4—1）