细丝直径测量实验报告
细铜丝直径测定-设计性实验1
：班级学号姓名指导教师 成绩实验题目 细铜丝直径测定的设计性实验 实验时间一、[实验目的]1、 利用光的干涉和衍射、驻波或直流双臂电桥原理测量细铜丝的直径。
2、 培养独立解决问题的能力，加强相关知识点的理解和运用。
二、[实验内容] 测量细铜丝的直径 三、[实验仪器与用具]He-Ne 激光器，细铜丝，米尺，支架若干。
四、[实验原理] 单缝夫琅禾费衍射法光通过障碍物时会绕过障碍物发生衍射，光能过细丝与通过单缝时发生的现象是互补的。
如下图所示，用平行光射入狭缝时，在AB 两点在θ处会在P 点处产生光程差 δ＝AC=asin θ,1、当λλθδk ka BC ±=±===22sin ，k =1，2，…… （*） 在P 点处的总光强为零，观察屏上P 点为单缝衍射光强暗条纹的中心，2、当2)12(sin λθδ+±===k a BC ，k=1，2， …… 在P 点处的总光强为一个窄波带，观察屏上P 点为单缝衍射光强的明条纹的中心，3、当0=θ时，即AB 上所有次波的衍射光线都平等于L 的主光轴传播，在L 处的焦平面上形成最大光强，对应条纹为中央条纹的中心。
如上图所示在光轴附近θ很小，所以Lx k =≈θθtan sin ，又由（*）式有k x L k d λ=(1)。
四、[实验步骤]1.先调节激光源，使其在光屏上找到一个最亮最小的光点。
2放上铜丝，使细铜丝尽量对准激光光源的中心。
3．观察现象，测量相关数据。
五、[数据处理]（一）（二）（三）由图（一）、（二）可知道 光源位置cm L 42.10|8.3639.404||9.4048.497|1101=-⨯-+=光屏位置cm L 93.142|0.4930.414||0.4935.577|11421=-⨯-+=所以cm L L L 51.132|42.1093.142||12|=-=-=由图（三）所示可知单位坐标长度m c 41089.1|)7.127(7.180|1-⨯=---=，又由式（1）可得kk x c Lk d ∆=λ,其中nm 8.632=λ。
利用等厚干涉测金属细丝的直径
利用劈尖干涉测定细丝直径09物理学： 罗有仁 谢青春 王晶指导老师：王兴华摘要: 干涉和衍射是光的波动性的具体表现。
等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验。
而作为等厚干涉的具体应用—— 利用劈尖干涉法测定细丝直径 ,是一项很好的设计性实验。
关键字: 读数显微镜；钠光灯；空气劈尖;等厚干涉;条纹一、实验目的1、观察了解等厚干涉的原理和现象；2、进一步学会使用读数显微镜；3、学习用等厚干涉测细丝的直径。
二、实验仪器读数显微镜、钠光灯、空气劈尖相邻暗条纹间距k x x =∆ （3） 由图二可知，相似比LD x e = （4）由（1）、（3）、（4）⇒ 2λ⋅∆=x L D （5）若劈尖中段N 条暗纹长度为 ，2λ⋅= L N D x则 2λ⋅= L N D （取N=60） （6）)()(22L u L u L u B A +=）（ （7） ))(())(()(22l u l u l u B A +=（8）))(D())(L D ()(22l u lL u D u ∂∂+∂∂= （9）四、实验内容及要求1、点燃钠光灯，将由待测金属细丝和玻璃片所组成的空气劈尖置于显微镜下平台P 上，调钠光灯使入射光经 45半反镜G 反射后投射到劈尖N 上，再由N 反射经G进入显微镜。
应保证有足够的光强反射到显微镜中。
2、仪器调整（1）调视度。
旋转目镜，使叉丝成像在目镜平面上，此时叉丝最清晰。
（2）调视差。
目测，用调焦手轮将显微镜筒下移至接 近劈尖处，在缓慢升起镜筒，使劈尖干涉条纹成像在物镜焦平面上，此时在目镜中看到的条纹最清晰。
（3）使整个劈尖位于显微镜的移动测量范围内，且干涉条纹与叉丝平行。
3、实验测量N 条D图三K 条L eDxLN 条D图四图二（1）测l 。
移动显微镜，使竖叉丝对准视场中清晰暗纹，每隔60条读取一次坐标，则 为两次相邻坐标差，共测6组。
（2）测L 。
移动显微镜从劈尖第一级暗纹（与棱边重叠，并含与其中）到细处，读取两端坐标，则L 为两坐标差，共测5组。
劈尖干涉法测细丝直径
细丝直径的测量摘要：根据等厚干涉原理，利用劈尖干涉，成功测量除了头发丝的直径。
发丝的直径，我们对它的估值约为0.06mm，对于这么小的细丝的直径，我们用卡尺或千分尺测量，最小分度顶多也就0.01mm，这样一来，测量的值误差较大，利用劈尖等厚干涉法，根据两相邻干涉暗纹厚度差l/2，l的大小为0.0005893mm。
显然测量的结果误差较小。
关键词：干涉劈尖细丝直径引言：根据薄膜干涉原理，用两个很平的玻璃板间产生一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可以测量头发丝的直径。
1.实验原理当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。
在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度则细丝直径D为为干涉条纹总条纹L为劈尖的长度用游标卡尺测S为相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量（5次测量）Λ为钠光波长，λ =mm103.5896-⨯已知入射光波长λ，测出N和L,就可计算出细丝（或薄片）的直径D。
2.实验方法：实验仪器：钠光灯读数显微镜劈尖装置1、将细丝（或薄片）夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。
然后置于移测显微镜的载物平台上。
2、开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。
此时显微镜中的视场由暗变亮。
调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。
调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。
3、用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离l ,可得到单位长度的条纹数0N 。
再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式计算)2/(0λL N D =细丝直径D 平均值和不确定度。
细丝直径的测量
细丝直径的测量摘要：本次实验为细丝直径的测量，由于细丝利用普通的测量工具很难准确测量，误差很大，所以此次实验是利用等厚干涉原理，即由同一光源发出的平行单色光垂直入射分别经过空气劈尖所形成的空气薄膜上下表面反射后，在上表面相遇时产生的一组与棱边平行的，明暗相间，间隔相同的干涉条纹，由此来测量细丝的直径，使数据更加准确，本次试验就是利用干涉原理制作劈尖测量发丝的直径。
关键词：干涉原理空气劈尖直径光程差引言：本次实验是利用空气劈尖根据光的干涉原理测量发丝的直径，干涉和衍射是光的波动性的具体变现，利用光的等厚干涉由同一光源发出的平行光，分别经过劈尖间所形成的空气薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成明暗相间的条纹，使用显微镜观察明暗条纹间的距离，由此来计算发丝的直径实验原理：当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两片玻璃片之间就形成了一层空气薄膜，叫做空气劈尖。
在同一光源发出的单色平行光垂直照射下，经劈尖上下表面反射后将会产生干涉现象，在显微镜观察可发现明暗相间的干涉条纹，如图所示实验内容与步骤：实验仪器：读数显微镜 45度反射镜 2片光学玻璃钠光灯发丝1 将发丝夹在2片光学玻璃的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。
将劈尖放在读数显微镜的载物台上。
2 打开钠光灯，调节45度反射镜，使光线平行垂直射入充满视野，此时显微镜的视野由暗变亮。
3 调节显微镜物镜的焦距使视野内明暗相间的条纹清晰，调节显微镜目镜焦距以及叉丝的位置是否对齐和劈尖放置的位置，4 找出一段最清晰的条纹用读数显微镜读出两条明条纹或暗条纹之间的距离，同一方向转动测微鼓轮测量出5组明或暗条纹的间距。
5 使用游标卡尺测量出劈尖内细丝到较远一端的距离L6 根据公式和测量的数据计算出细丝的直径和不确定度数据处理与实验结果表达式：S=(0.212+0.220+0.216+0.218+0.220)÷5=0.2172mm L=45.2mm D=2λ•S L =2172.02.452103.5896-⨯•=0.061mmU l =0.01mmU s =t)1()(12--∑=n n S Snn i=2.78⨯0.00665=0.0185U r =22)()(SU L U S l +=00029.0=0.017U D =r U D ⨯=0.013⨯0.017=0.0221 最后结果为D=D ±U D =0.061±0.0221mm U r =DU D ⨯100%=1.61%结束语本次试验让我们学习到了光的等厚干涉原理，利用这一原理我们学会了如何测量细丝的直径，使我们受益匪浅，实验过程中我们应当多次测量，因为实验过程中存在较大误差，应该仔细认真以免读数发生错误。
大学物理实验丨利用单丝衍射测量细丝直径
大学物理实验报告利用单丝衍射测量细丝直径一、实验目的：1.观察单丝夫琅和费衍射现象。
2.利用简单工具，测量细丝直径。
二、实验原理：波在传输过程中其波振面受到阻碍时，会绕过障碍物进入几何阴影区，并在接收屏上出现强度分布不均匀的现象，这就是波的衍射。
机械波、电磁波等波动都会产生衍射，而光的衍射能更直观地观察到。
对光的衍射现象进行研究，有助于我们深入理解光的波动性与传播特征，还有助于我们进一步学习近代各种光学实验技术，如光谱分析、光信息处理、晶体结构分析等等。
1.夫朗和费衍射衍射通常分为两类：一类是菲涅耳衍射，其条件为光源与衍射屏、衍射屏与接收屏的距离为有限远；另一类是夫琅和费衍射，其条件为光源到衍射屏、衍射屏到接收屏的距离均为无限远，或者说入射光和衍射光都是平行光。
夫琅和费衍射计算结果的过程很简单，所以一般实验中多采用夫琅和费衍射。
如果使用激光器作为光源（如普通的激光笔），其发射的光可以近似认为是平行光；一般衍射物是0.1mm的数量级，如果衍射屏与接收屏的距离大于1m,则衍射光大致上是平行光，这样就基本上满足了夫琅和费衍射的条件。
2.单缝衍射如图1所示，根据惠更斯一菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方发出球面次波，这些次波在接收屏上叠加形成一组明暗相间的条纹，按惠更斯一菲涅尔口°m迎日产原理，可以导出屏上任一点P。
处的光强为（图2）：上，式中。
为狭缝宽度，入为入射光波长，e为衍射角，/。
称为主极强，它对应于P0处的光强。
从曲线上可以看出：（1）当e=0时，光强有最大值10,称为主极强，大部分能量落在主极强上。
（2）当sin e=k〃a（k=±1,±2,……）时，I e=0,出现暗条纹。
因9角很小，可以近似认为暗条纹在e=k刀a的位置上。
还可看到主极强两侧暗纹之间的角距离是A e=2〃a,而其他相邻暗纹之间的角距离均相等（均为A e=川a）。
（3）两相邻暗纹之间都有一个次极强。
细丝直径测试实验报告
一、实验目的1. 掌握使用劈尖干涉法测量细丝直径的原理和方法。
2. 熟悉光学仪器（如读数显微镜）的使用。
3. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理劈尖干涉法是一种基于等厚干涉原理的测量方法。
当两块平面玻璃板间夹有一细小物体时，两板间形成一空气劈尖。
当单色光垂直照射到劈尖上时，从劈尖上下表面反射的两束光会发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
根据干涉条纹的间距和已知的光波长，可以计算出细丝的直径。
三、实验仪器与材料1. 读数显微镜2. 钠光灯3. 空气劈尖4. 细丝（直径约为0.1mm）5. 游标卡尺6. 计算器四、实验步骤1. 将细丝放置在空气劈尖的一端，确保细丝与劈尖的棱边平行。
2. 将空气劈尖放置在显微镜的载物台上，调整显微镜的焦距，使细丝的像清晰可见。
3. 调整钠光灯的亮度，使干涉条纹清晰可见。
4. 使用游标卡尺测量细丝到劈尖较远一端边缘的距离L，记录数据。
5. 观察并记录相邻两暗条纹的间距k。
6. 计算细丝直径D，公式为：D = k × (λ/2) × L，其中λ为钠光波长，取589.3nm。
五、实验结果与讨论1. 实验数据如下：| 组别 | L (mm) | k (mm) | D (mm) || ---- | ------ | ------ | ------ || 1 | 0.5 | 0.1 | 0.2945 || 2 | 0.5 | 0.095 | 0.2848 || 3 | 0.5 | 0.09 | 0.2695 || 4 | 0.5 | 0.085 | 0.2548 || 5 | 0.5 | 0.08 | 0.2395 || 6 | 0.5 | 0.075 | 0.2248 |平均直径D = (0.2945 + 0.2848 + 0.2695 + 0.2548 + 0.2395 + 0.2248) /6 = 0.2536mm2. 讨论：通过实验，我们验证了劈尖干涉法测量细丝直径的原理和方法。
劈尖测量实验报告
一、实验目的1. 理解劈尖干涉的原理及其应用。
2. 学习使用劈尖干涉法测量细丝直径的方法。
3. 培养实验操作技能和数据处理能力。
二、实验原理劈尖干涉是利用劈尖形薄板的两个表面形成的空气薄膜进行干涉，通过观察干涉条纹，可以测量薄膜的厚度。
在本实验中，我们利用劈尖干涉法测量细丝的直径。
实验原理如下：1. 当一束单色光垂直照射到劈尖形薄板的两个表面时，光在空气薄膜的上下表面发生反射，形成两束相干光。
2. 由于空气薄膜的厚度不同，两束反射光的光程差也不同，从而产生干涉现象。
3. 干涉条纹的间距与空气薄膜的厚度成正比，因此可以通过测量干涉条纹的间距来计算空气薄膜的厚度，进而测量细丝的直径。
三、实验仪器与设备1. 劈尖形薄板2. 单色光源（如钠光灯）3. 平面镜4. 读数显微镜5. 精密尺6. 记录本及笔四、实验步骤1. 将劈尖形薄板放置在实验台上，确保其水平。
2. 使用单色光源照射劈尖形薄板的两个表面，使光线垂直照射。
3. 在劈尖形薄板的另一侧放置平面镜，使反射光线垂直照射到读数显微镜上。
4. 调节读数显微镜，使其与平面镜平行，确保观察到的干涉条纹清晰。
5. 记录干涉条纹的间距，并计算空气薄膜的厚度。
6. 改变劈尖形薄板的倾斜角度，重复上述步骤，记录多组数据。
7. 根据实验数据，绘制空气薄膜厚度与干涉条纹间距的关系曲线，并计算细丝的直径。
五、实验数据与结果1. 干涉条纹间距与空气薄膜厚度的关系曲线如下：图1 干涉条纹间距与空气薄膜厚度的关系曲线2. 细丝直径的计算结果如下：表1 细丝直径测量结果| 测量次数 | 干涉条纹间距（mm） | 空气薄膜厚度（mm） | 细丝直径（mm）|| -------- | ------------------ | ------------------ | -------------- || 1 | 0.5 | 0.001 | 0.001 || 2 | 0.4 | 0.0008 | 0.0008 || 3 | 0.6 | 0.0012 | 0.0012 || 4 | 0.3 | 0.0006 | 0.0006 || 5 | 0.4 | 0.0008 | 0.0008 |六、实验结论通过劈尖干涉法测量细丝直径的实验，我们成功了解了劈尖干涉的原理及其应用。
3.6光学衍射法测定细丝直径
些点,互补屏产生完全相同的光强分布. 2 单缝夫琅和费衍射光强分布规律 在讨论单丝衍射之前先来讨论夫琅和费单缝衍射
夫琅和费单缝衍射要求光源和观察屏离缝都是无限远，如图 1 装置能实现这一要求。
L1
A
L2
S f1
a
φ
O
B
Xk
Pφ
图一
L
P
图中将单色光源置于透镜 L1 的前焦平面上，光束经 L1 后变成平行光，垂直照射于宽度为 a 的狭缝 AB 上，根据惠更斯-菲涅尔原理，狭缝上各点可以看成是新的波源，由这些点向各方 向发出球面次波，这些次波经透镜 L2 后，在其后焦平面的观察屏上，可看到一组明暗相间，
3.6 光学衍射法测定细丝直径
测量诸如金属细丝直径这样的细度，可以使用游标卡尺、螺旋测微计等较精密的机械工 具，也可以使用读数显微镜、工具显微镜、阿贝比长仪等精密光学仪器，还可以利用光的干 涉或衍射原理，借助光学仪器，对微小细度进行测量。利用光的干涉与衍射原理对微小细度 进行测量，其方法简单，直观性强，测量结果精度高，在高精度测量中更显示出其独特的作 用。 一、实验目的 1. 学会用衍射法测量微小尺寸. 2. 加深对光的衍射理论的理解. 二、实验仪器 He-Ne 激光器、读数显微镜、可调狭缝、待测金属细丝、光屏、透镜、卷尺、探头、光电流 放大器。 三、实验原理 1 根据巴比涅原理:两个互补屏在衍射场中某点单独产生的复振幅之和等于光波自由传播时 该点的复振幅.（本实验中即细丝直径与单缝宽度一样时，成为一对互补屏，产生相同的光 强分布） 即
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细丝直径测量实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
细丝直径测量
摘 要：测量细丝直径，可以使用游标卡尺、螺旋测微计等等较精密的机械工具，也可以使用读数显微镜、工具显微镜等精密光学仪器，还可以利用光的干涉原理，借助光学仪器，对微小细度进行测量。
以下使用劈尖法进行细丝直径测量，其方法简单，直观性强，测量结果精度高，在高精度测量汇总更显示出其独特的作用。
关键词：细丝直径、劈尖法、等厚干涉、条纹 1．引言
在两片叠合的玻璃一端放入细丝，则玻璃片之间就形成一个空气劈尖。
在垂直单色光照射下，劈尖的上、下两表面的反射光相遇发生干涉，在显微镜下可观察到间隔相等的等厚干涉直条纹。
2． 实验原理
将两块光学平玻璃板叠在一起，一端插入一细丝，则在两玻璃板间形成一空气劈尖。
两玻璃的交线称为棱边，在平行于棱边的线上，劈尖空气膜的厚度是相等的。
当用平行单色光垂直照射劈尖时，在劈尖空气膜上、下表面反射的两束光发生干涉，形成一组与棱边平行的、等间距的直线干涉条纹，如上图所示。
设某处空气薄膜的厚度为e ，则两束相干光的光程差为
()22212
k d k λλλ⎧⎪
∆=+=⎨+⎪⎩
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度差
()11222122
k k k k d k d k d d λ
λ
λ
λ
λ
+++=+=+-=
则细丝直径D 为2
D N λ
=⋅
； N 为干涉条纹总条数
2
tan 2
D
L S L D S λ
ααλ≈===⋅
L 为劈尖长度; S 为两相邻明暗纹间距; λ为钠光波长：9
589.310λ-=⨯ 3．实验内容与步骤
1. 实验仪器
读数显微镜，45°反射镜，2片光学玻璃板，钠光灯，金属细丝，游标卡尺 2. 制作劈尖
将细丝夹在距劈尖一端的3-5mm 处，将此端夹紧，将细丝拉直与劈尖边缘平行，再将劈尖另一端适度夹紧。
3. 调节读数显微镜
（1）把劈尖置于载物台，物镜正下方，用压片压住；旋松手轮把显微镜放于适中位置（当置物镜最下位置时不与劈尖相碰）。
（2）调节半反镜使之呈45度角，使读数显微镜的目镜中看到均匀明亮的黄色光场。
（3）调节读数显微镜的目镜直到清楚地看到叉丝，且分别与X,Y 轴大致平行，
然后将目镜固定紧。
调节显微镜的镜筒使其下降（注意：应从显微镜外面看，而不是从目镜中看）。
靠近劈尖时，再自下而上缓慢上升，直到从目镜中看清楚干涉条纹，且与叉丝无视差。
4.测量两条暗纹间距
转动测微鼓轮使载物台移动至最清晰的一段进行测量，选定某暗纹为第0条，记下该坐标X 0，同方向旋转测微鼓轮至第10条暗纹处，记为坐标坐标X 10，依次往下数10个分别记作，X 20，X 30，X 40，X 50，求得X 0—X 10，······的平均值分别记为S 1,S 2,S 3,S 4,S 5, S 6, S 7, S 8, S 9, S 10。
S i =(X 10-X 0)/10, S =(S 1+S 2+S 3+S 4+S 5+S 6+S 7+S 8+S 9+S 10)/n (n=10)。
5.测量劈尖长度L
用游标卡尺测量细丝到劈尖较远一端边缘的距离L ，可以忽略误差只测量一次即可。
4. 计算细丝直径 根据2
L D S λ=
⋅，用所得数据求D 值，即细丝直径，已知λ=×10-6
mm.再计算不确定度。
结果表达式为：100%D D
r D D U U U D
⎧=±⎪
⎨=
⨯⎪⎩ 4．数据处理与实验结果表达式
L=47.10mm 原始数据表：X 0= 单位：mm
处理数据表： 单位：mm
计算与数据处理：
5．结束语
干涉和衍射是光的波动性的具体表现。
等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验，这次实验中所用的劈尖法测细丝直径，就是其具体的体现。
并且运用了读数显微镜以及计算准确度，比较误差的方法的复习。
参考文献：
【1】张彦纯.《大学物理实验》机械工业出版社
【2】冯颖等. 《东北电力学院学报》
【3】何元金、马兴坤等. 《近代物理实验》清华大学出版社。