光学实验基础知识

3.等高 因为成像公式中的各段距离,都是指光学 系统光轴上的距离,所以要从光具座轨道上的 读数求出符合实际的距离,必须做到光学系统 的光轴和光具座道轨的基线平行——简称等 高。 调节光学系统各元件的共轴等高，是光学 实验中的一项基本要求，必须很好掌握，一 般的调节可分粗调和细调两步进行。
（1） 粗调
二、光学实验的特点

与理论密切结合
频率极高的电磁波，1014数量级，光学现象不直观，只 能观察一定时间内的平均效果。靠理论的支撑才能把握住 实验现象。

仪器调节要求高
仪器精密，必须严格调节，才能保证精度。迈克尔逊干涉 仪精度可达10-4mm。

实验能力要求高
实验技能、理论基础、判断能力。 另外取得较好的实验效果，有光学实验须在低照度环境下 进行， 因此，要小心谨慎， 安全操作，防止事故， 要避免 光学元件跌落损坏，仪器读数失误，并注意保护视力。
（四）测移显微镜 （1）测量时， 要先调好 目镜和物镜。 （2）测量时应使一根十 字叉丝与显微镜的目镜移 动方向垂直。 （3）为减小回程误差， 应单方向测量。 （4）测量结束后， 应用 保护套罩好仪器。

（五） 单色仪

（六）摄谱仪
（七）光源 1.热辐射光源 基于热辐射原理，白炽灯，灯丝加热到白炽状态而发光。 连续光谱，功率较低，碘钨灯，溴钨灯。 2.气体放电光源 电流——气体介质——放电发光。 低压汞灯：小于1个大气压工作，在可见光区产生4条明亮 的特征曲线。工作电压20V，工作电流1300mA. 低压钠灯：金属蒸汽弧光放电。 在可见光区发成两条极强黄色谱线：589.0nm,589.6nm. 工作电压20V，工作电流1.3A。

6 、若发现光学表面上已被轻微污染或有较 轻的印记，可以用清洁的镜头纸轻轻拂去， 擦试时不能加太大的压力以免光学表面被划 伤，更不能用普通纸、手帕、毛巾或衣物等 进行擦拭； 7、 进行光学实验时尽量避免说话，防止口 水、唾液或其它液体溅落到光学面，造成光 学面的化学损伤； 8 、在对光学仪器或光学系统进行调整时， 要耐心细致，边调整，边观察，动作要轻、 柔、慢，切忌粗鲁与盲目操作；
12，望远镜光轴高低调节螺丝
α
13，望远镜光轴水平调节螺丝 14，支臂 15，望远镜微调螺丝 16，望远镜止动螺丝 17，转轴与度盘止动螺丝 18，制动架
19，底座
20，转座
21，度盘 22，游标盘 23，支柱 24，游标盘微调 螺丝 25，游标盘止动螺丝 26，准直管光轴水平调节螺 丝 27，准直管光轴高低调节螺 丝 28，狭缝宽度调节手轮
阿贝目镜
高斯目镜
（二）三棱镜分光光路
复色光→棱镜 →单色光 同一棱镜对不同波长的光具有不同的折射率。（针 对钠光波长589.3nm而言）
δ i1′
i1
i2
i2′
偏向角：出射光与入射光的夹角。 最小偏向角：光路对称时，出射光与入射光的夹角。
（三）光栅分光光路
分光原理：光栅方程 dsinθ=kλ
各级谱线分布于零级像两侧。 零级像：k=0, θ=0的位置，所有波长的光重叠在 一起。
六、基本光学仪器的使用
（一）光具座


双杆式和平直导轨式 长度为1-2m，刻有 毫米标尺。 滑块支架。
将各种光学元件（透镜、面镜等等）组合成 特定的光学系统，运用这些光学系统成像时，要 想获得优良的像，必须保持光束的同心结构，即 要求该光学系统符合或接近理想光学系统的条件， 这样，物方空间的任一物点，经过该系统成像时， 在像方空间必有唯一的共轭像点存在，而且符合 各种理论计算公式。为此，在光具座上调节光学 系统，必须满足以下几点。 1.光具座水平 调节光具座底角的水平调节螺钉(借助水平尺)， 使光具座水平。 2.共轴 调节光学系统中各光学元件的光轴,使之共轴。 并让物体发出的成像光束满足近轴光线的要求。

五、基本光路
（一）自准直光路
1.
O O O′
f′
分划板 透镜 平面镜
在物体自身的平面上产生物体的实像，所以称为自准直光路。
2.
O′
α α α α
y′
O y
O
f′
分划板 透镜 平面镜
3.
O′
α
2α 2α
y′
OO
y
α
f′
分划板 透镜 平面镜
物平面与反射镜平面相对位置影响实像的位置， 例如：分光计的调节就是利用自准直光路实现光轴与 主轴的垂直。 应用：自准直目镜。
三、光学实验遵循的原则
1、必须在熟悉仪器的性能与使用方法之后 才能进行使用与操作； 2、轻拿轻放，勿使仪器或光学元器件受到 冲击、碰撞和震动，特别注意不能从手中 滑落； 3 、不使用时要及时将光学元件放回包装盒 内，长期闲置不用应该将其放入干燥皿中 保存；

4、 手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作 面”，如果必须拿光学元器件时只能拿它的 非工作的“磨砂面”，例如透镜的外圆磨砂 面，棱镜的上下底面，柱面镜的上下磨砂面， 否则因人手的“汗迹”会腐蚀光学面造成永 久的损坏； 5、 如发现光学元器件的工作面有灰尘，要 用专用的干燥脱脂棉轻轻擦拭或用橡皮球吹 去，绝对不能用嘴去吹；
（二）分光计
精密测角仪：测量棱镜角，偏向角 分光仪器：借助分光元件可观察光谱，测 量波长。

1.分光计的构造
简单结构
具体结构
1，狭缝装置
2，狭缝装置锁紧螺丝
3，准直管 4，制动架
5，载物台
6，载物台调平螺丝 7，载物台锁紧螺丝
8，望远镜
9，望远镜锁紧螺丝
10，阿贝式自准直目镜
11，目镜视度调节手轮
3.分光计的测量原理
平行光管 平行光管
α1 β1 望远镜
α2 β2
δ
δ ＝(α2-α1+β2-β1)/2
望远镜
读数方法
游标窗口
游标盘 主刻度盘
233º 13΄
偏心差
测三棱镜顶角

平行光管出射的平行光射 向三棱镜的两个光学表 面，用望远镜分别接收 两表面的反射光，就可 计算出两束光的夹角Φ。 由几何关系可以证明Φ 与三棱镜顶角A的关系 为： Φ = 2A
d d
或
时，只需调节载物 盘的水平调节螺钉
平面镜两侧面的反射像分别位于
d
d
和
时，只需调节望远 镜的俯仰调节螺钉
观察不到反射像的原因

目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模 糊。（转动目镜调节鼓轮） 望远镜没有聚焦于无穷远。（松开目镜筒锁紧螺 钉，前后移动目镜筒 ） 平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
松开 游标盘锁紧螺钉 ③ 锁紧 载物台升降锁紧螺钉 移动底座
望远镜支架 望远镜水平调节螺钉
调节 载物盘水平调节螺钉
①
④ 松开望远镜锁紧螺钉
2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远
⑵ ⑶
⑴
反射像 叉丝像 透光窗
伸缩目镜筒
分划板视场
旋转目镜调节鼓轮
载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例
平面镜两侧面的反射像同时位于
平行光管
望远镜
A＝（α2-α1+β2-β1）/4
(三) 测微目镜 （1）要确定目镜的准确度及鼓轮转动读数增大 的方向，并选取合适的初始点； （2）一次测量中鼓轮只能单向移动，不能中途 倒转； （3）干涉条纹应与竖直双线 平行无视差； （4）到达刻度线零点后，应立 即返回，以免损坏测微目镜。
n
i 1

（2）标准差
s
2 v i i 1
n
n 1

（3）测量值的取舍 格罗布斯判据
2 、间接测量的最佳值: 先平均法 3 、最小二乘法直线拟合 4 、测量不确定度

(1)标准不确定度的A类评定

9、 千万要注意在做实验的过程中观察与分 析实验过程与现象，尤其是出现与预期现 象反常的特殊现象，应及时将现象记录或 存储下来，向指导教师请教或分析； 10、 使用完仪器设备后应当及时整理，放 回原处或加罩防护，防止灰尘污染。

四、光学实验的观测方法
主观观察法和客观测量法 1、眼睛直接观察的方法，称为主观观察方法 2、用光电探测器来进行客观测量，常用光电管、 光敏电阻和光电池等 视差: 人们观察远近不同的物体A和物体B 时，常 会发生视觉差异的现象。利用视差进行如下判断: (1)被观察的物与像，或像与像是否重合 (2) 如果未重合，那么哪个离观测者近一些， 这 对于指导仪器的调节，确定像的位置很有帮助。
先把物、透镜、像屏 等元件放置于光具座上， 如图依次检查并调整物、 透镜及屏的中心（图中 物体P 经透镜L 成像于 P′），使各元件的中心 大致在与导轨平行的同 一条直线上，并使物平 面、像屏平面和透镜面 相互平行且垂直于光具 座导轨。
（2） 细调
二次成像法 成小像时， 调节光屏位置， 使P〞与屏中心 重合； 成大像时，则 调节透镜的高低 或左右，使P′位 于光屏中心。依 次反复调节，便 可调好。
①放置平面镜
②拨动 游标盘
③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉
载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节
d
调节载物盘水平调节螺钉 d/2 调节望远镜俯仰调节螺钉
4) 调节平行光管

平行光管由狭缝和准直透镜组成。
狭缝
锁紧螺钉
俯仰调节螺钉
①
②
③
松开狭缝锁紧螺钉 转动狭缝 转动狭缝 前后移动狭缝 调节平行光管俯仰调节螺钉 锁住狭缝锁紧螺钉
2.分光计的调节 测量前应调节分光计，达到： 望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准 仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。 待测光学元件的表面与中心转轴平行。 平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的 光轴共轴。
1) 目视粗调