普通物理实验3+光学六个实验讲义
北京大学《普通物理》光学讲义
学中的最小作用量原理，又比如费曼发明的量子场论中的路径积分
方法，这大概都是受益于费马原理的表述形式。
光学内容简介—几何光学
• 将光看成是粒子，几何光学
• 从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的 学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述光在各种 媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些 条件下的近似或极限。 几何量化描述 光速 ������ ������ 角度 ������ ������ ������ 折射率 ������ 焦物像距 ������ ������ ������ 光程������ = ������������ 物理规律 直线传播 反射定律 折射定律 成像公式 费马原理
3，光在两种介质表面 发生折射时，由费马原 理可以证明按照折射定 律规定的光程是极小值。
sin ������1 ������2 ������1 = = sin ������2 ������1 ������2 ������1 sin ������1 = ������2 sin ������2
费马原理—光程取稳定值
惠更斯原理
光扰动同时到达的空间曲面被称为波前，波前上的每一点都可以看成一个 新的扰动中心，称为次波源，次波源向四周发出球面次波；下一时刻的波 前是这些大量次波面的公切面，或称为包络面；次波中心与其次波面上的 那个切点的连线方向给出了该处光传播方向。
sin ������1 ������1 = sin ������2 ������2
光学内容简介
总的来说，关于光的研究主要分为两个方面： • 光的本性: 我们今天知道光的本性是个遵从量子力学、相对论规律的粒 子。其基本特性是传递电磁相互作用，称为规范玻色子，其 静止质量为0，电荷为0，自旋为1 ，能量为 h ，速度为c。 光在传播过程中服从量子力学规定的概率分布。 • 光与物质的相互作用： 光传递电磁相互作用的规律由量子电动力学确定。光的产生 和接受都属于光与物质的相互作用。
物理光学实验讲义
物理光学实验讲义实验⼀薄透镜成像及其焦距的测量⼀、实验⽬的1、通过实验进⼀步理解透镜的成像规律。
2、掌握测量透镜焦距的⼏种⽅法。
3、掌握和理解光学系统共轴调节的⽅法。
⼆、实验原理1、薄透镜成像原理及其成像公式将玻璃等⼀些透明的物质磨成薄⽚，其表⾯都是球⾯或有⼀⾯为平⾯的就成了透镜，有中央厚、边缘薄的凸透镜和边缘厚、中央薄的凹透镜两⼤类。
称连接透镜两球⾯曲率中⼼的直线叫做透镜的主光轴，透镜两表⾯在其主轴上的间距叫透镜厚度。
厚度与球⾯的曲率半径相⽐可以忽略不计的透镜称为薄透镜。
薄透镜两球⾯的曲率中⼼⼏乎重合为⼀点，这个点叫做透镜的光⼼。
实验中透镜两边媒质皆为空⽓。
凸透镜亦称为会聚透镜，凹透镜亦称为发散透镜。
如图1所⽰，平⾏于凸透镜主光轴的⼀束光⼊射凸透镜，折射后会聚于主光轴上，会聚的光线与主光轴的交点即为凸透镜的焦点，焦点到光⼼的距离为焦距。
如图2所⽰，平⾏于凹透镜主光轴的⼀束光⼊射凹透镜折射后成为发散光，发散光线的反向延长线与主光轴的交点即为凹透镜的焦点，与凹透镜光⼼的距离为焦距。
在近轴光线条件下，薄透镜的成像公式为：式中为物距，为像距为焦距，对于凸透镜、凹透镜⽽⾔，恒为正值，像为实像时为正，像为虚像时为负，对于凸透镜恒为正，凹透镜恒为负。
2、测量凸透镜焦距的原理（1）⾃准法位于凸透镜焦平⾯上的物体上（实验中⽤⼀个圆内三个圆⼼⾓为的扇形）各点发出的光线，经透镜折射后成为平⾏光束（包括不同⽅向的平⾏光），由平⾯镜反射回去仍为平⾏光束，经透镜会聚必成⼀个倒⽴等⼤的实像于原焦平⾯上，这时像的中⼼与透镜光⼼的距离就是焦距（如图3）。
（2）共轭法（位移法）由图4可见，物屏和像屏距离为（），凸透镜在、两个位置分别在像屏上成放⼤和缩⼩的像，由凸透镜成像公式可得：成放⼤的像时，有成缩⼩的像时，有⼜由于可得3、测量凹透镜焦距的原理（1）⾃准法通常凹透镜所成的是虚像，像屏接收不到，只有与凸透镜组合起来才可能成实像。
凹透镜的发散作⽤同凸透镜的会聚特性结合得好时，屏上才会出现清晰的像，如图5所⽰。
光学实验讲义
实验七 用位移法测薄凸透镜焦距f (测量实验)一、实验目的了解、掌握位移法测凸透镜焦距的原理及方法 二、实验原理对凸透镜而言，当物和像屏间的距离L 大于4倍焦距时，在它们之间移动透镜，则在屏上会出现两次清晰的像，一个为放大的像，一个为缩小的像。
分别记下两次成像时透镜距物的距离O 1、O 2(e=|O 1-O 2|)，距屏的距离O 1'、O 2'，根据光线的可逆性原理，这两个位置是“对称”的。
即O 1=O 2'，O 2=O 1'则：L －e= O 1 ＋O 2'＝２O 1＝２O 2'O 1=O 2'＝(L －e)/２而O 1'= L －O 1＝L －(L －e)/２＝(L+e)/2 把结果带入透镜的牛顿公式1/s+1/s'=1/f得到透镜的焦距为L e L f 4/)(22-=由此便可算得透镜的焦距，这个方法的优点是，把焦距的测量归结为对于可以精确测定的量L 和e 的测量，避免了在测量u 和v 时，由于估计透镜中心位置不准确所带来的误差。
三、实验仪器2、带有毛玻璃的白炽灯光源S 2、品字形物像屏P ：SZ-143、凸透镜L ： f=190mm(f=150mm)4、二维调整架： SZ-075、白屏H ： SZ-136、滑座： LH307、滑座： LH30Y8、滑座： LH309、滑座： LH30 四、仪器实物图及原理图（见图九）图九五、实验步骤1、把全部器件按图九的顺序摆放在导轨上，靠拢后目测调至共轴，而后再使物屏P 和像屏H 之间的距离l 大于4倍焦距。
2、沿标尺前后移动L ，使品字形物在像屏H 上成一清晰的放大像，记下L的位置a 1。
3、再沿标尺向后移动L ，使物再在像屏H 上成一缩小像，记下L 的位置a 2。
4、将P 、L 、H 转180度，重复做前三步，又得到L 的两个位置b 1、b 2。
5、分别把f=150mm 和f=190mm 的透镜各做一遍，并比较实验值和真实值的差异并分析其原因。
普通物理实验3+光学六个实验讲义
实验5 迈克耳孙干涉仪的调节和使用【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。
2.学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。
观察等倾干涉条纹，测量待测光源的波长。
3.观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。
【仪器和用具】迈克尔逊干涉仪（WSM-100型），氦氖激光，毛玻璃屏。
【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的介绍19世纪末，迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质，设计和制造了该种干涉仪，并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷测“以太”风实验，实验得到了否定的结果，为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基础.迈克尔逊也因此获得1907年诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。
其原理是用分振幅的方法产生双光束以实现干涉的仪器。
它的主要特点是两相干光束完全分开，这就很容易通过改变一光束的光程来改变两相干光束的光程差，而光程差可以以光波的波长为单位来度量，随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
因此，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已被广泛应用于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面，迈克尔逊干涉仪是许多近代干涉仪的原型。
图29-1 WSM-100型迈克尔逊干涉仪实物图WSM-100型迈克尔逊干涉仪的实物图如图29-1所示。
（1）反光镜1和反光镜2：这是两个互相垂直放置的平面镜，镜面镀有金属膜，具有很高的反射率。
（2）分光镜和补偿片：分光镜又称为分光板，是一块平行平面玻璃板，其第二平面上镀有一层半透（反射）膜，可以将以450入射的一列光分成两列振幅近乎相等的反射光和透射光。
补偿片也称补偿板，它的厚度和折射率都与分光板相同，且与分光板平行放置，用以补偿通过分光镜的透射光与反射光之间附加的光程差。
（3）传动部分和读数系统：转动大转轮和微调鼓轮，都可使导轨上的转轴转动，从而带动反光镜1沿导轨移动。
《普通物理实验(光学)》实验教学大纲
《普通物理实验（光学）》实验教学大纲课程名称：普通物理实验（光学）课程类别：专业必修课适用专业：物理学所属实验室：光学实验室实验学时、学分： 40 学时 1 学分一、课程性质、教学目标《普通物理实验（光学）》是继力、热实验及电磁学实验之后，为物理学专业二年级学生开设的一门专业必修基础课程。
除了作为基础实验课的重要部分以外，也将对提高光学理论课教学质量起到保证作用。
其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：学习基本实验方法和操作技能；正确使用光学基本仪器；熟练掌握光学实验基本光路的调整和相关物理量的基本测量方法；能正确记录、处理数据，分析实验误差；观察分析实验现象；正确规范地撰写实验报告。
课程教学目标2：在观察、测量与分析中，加深学生对物理学的认识；学习实验的物理思想，增强用实验方法分析问题、解决问题和提出问题的能力，增强学生的素质，以适应学生各种可能的发展。
课程教学目标3：让学生受到比较严格和系统的基本实验技能训练，以培养学生的实践能力和创新能力，并在实验教学过程中使学生逐步养成严谨的治学态度和求实的科学作风，为他们今后的理论学习打下良好的基础。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、实验教学要求1.在课前，教师提前准备好实验用的仪器设备及易耗材料。
2.进行实验前，教师向学生扼要讲明与本次实验有关的理论知识、实验方法、步骤和操作规程。
3.实验过程中，教师要做到“三勤、三坚持”，即腿勤（巡视学生操作）、嘴勤（启发学生思考）、手勤（进行必要的示范），坚持严格要求、坚持发挥学生的独立性、坚持因材施教。
4.除必须两人合作的项目外，尽量让学生自己独立操作，注意培养学生的动手能力、独立观察、分析和处理问题的能力。
5.每次实验结束后，要布置实验报告内容。
6.要认真批改全部的实验报告，并分析学生实验过程中经常出现的问题，不断改进教学。
初中物理 光学实验讲义-word文档
探究光的反射规律1.为了“探究光的反射规律”,小刚进行了如图所示的实验,使一束光贴着纸板沿某一角度射到O 点,经平面镜反射,沿另一个方向射出,在纸板上用笔描出入射光EO 的反射光OF 的径迹.改变光束入射的角度,多做几次实验并换用不同颜色的笔记录每次光的径迹,实验数据如表,请完成下列问题:(1)要测量反射角,在图中应测量∠________;(2)ENF 是用两块纸板连接起来的,若将纸板NOF 向前或向后折,在纸板上看不见反射光线,由此表明反射光线、入射光线、法线在________内;(3)观察实验数据总结反射角与入射角的关系时,发现表格中有一个反射角的读数有误,是________°这个角.2. 如图是小明探究光的反射规律的实验装置,在平面镜上放置一块硬纸板,纸板由可以绕ON 转折的E 、F 两部分组成.(1)要使入射光和其反射光的径迹同时在纸板上出现,你认为纸板与平面镜的位置关系是________(选填“垂直”或“不垂直”).实验时,从纸板前不同的方向都能看到光的径迹,这是因为光在纸板上发生了________反射.(2)小明让一束光沿AO贴着纸板E射到平面镜上,在纸板F上会看到反射光OB的径迹.三次改变入射角的大小,实验所测得数据如上表所示,他根据表中数据得出的结论和其他同学的结论并不一致.请你分析小明测量实验数据过程中出现的问题可能是________.(3)三次实验中,总能在纸板上观察到入射光和反射光的径迹.由此小明得出结论:“在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平镜内”.请你评估小明的做法是否合理并说明理由:________.探究平面镜成像特点1. 如图所示是小方同学用两只外形相同的蜡烛“探究平面镜成像的特点”.(1)用透明的玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃透明的特点,便于确定________.(2)选取相同的蜡烛,是为了便于比较像和物体的________关系.(3)在实验过程中,把一只点燃的蜡烛放在玻璃板前,再将另一支________蜡烛(选填“点燃”或“不点燃”)放在玻璃板的后面来回移动,直到看上去跟前面的蜡烛的像________.(4)当点燃的蜡烛放在玻璃板前面的A处时,玻璃板后B处的蜡烛好像也被“点燃”了;移去B处的蜡烛,将光屏放在B处,发现光屏上并没有蜡烛的像,这说明平面镜所成的像是________像.(5)小方将玻璃板移去,在玻璃板位置放一个凸透镜,B处放光屏,发现光屏上恰好成倒立、等大的蜡烛的像,则该凸透镜的焦距为________cm.2.小明同学在做“探究平面镜成像的特点”的实验时,想起了走过教学大楼门厅内的大平面镜时的情景:靠近镜子时,感觉自己的像变大了,远离镜子时感觉像变小了.自己的感觉对吗?在老师和同学们的帮助下小明进行了实验探究.小明所用的实验装置如图所示(其中的透明玻璃板作为平面镜),主要实验步骤如下: (1)在玻璃板前面放置一支点燃的蜡烛A,在玻璃板后面移动一支没有点燃的相同的蜡烛B,当把蜡烛B移动到某一位置的时候,发现蜡烛B与蜡烛A的像重合,测量并记录此时物、像和玻璃板之间的位置关系.(2)多次改变蜡烛A到平面镜的距离,在平面镜后移动蜡烛B,发现总能找到一个对应位置,在镜前从不同角度观察,蜡烛B与蜡烛A的像均重合.测量并记录每次实验的相关数据.请根据以上叙述回答下列问题:①根据以上实验步骤可知,能验证小明感觉的是步骤________(选(1)或(2));②“探究平面镜成像的特点”实验得到的结论是:平面镜所成像的大小与________,像和物体到平面镜的距离________,像和物体的连线与镜面________.③若用光屏代替蜡烛B,在玻璃板反面观察光屏,将________(选填“能”或“不能”)观察到蜡烛A的像,说明所成的是________像(选填“虚”或“实”).探究光的折射规律1. 某实验小组在探究光的折射规律时,让一束光从空气斜射入玻璃水槽内的水中,看到如图所示的现象:(1)请在图中分别作出入射角(用字母i表示)和折射角(用字母r表示).(2)为了探究光从空气斜射入水中的折射角和入射角的关系,以下方案中正确的是:________(选填“A”、“B”或“C”).A.只测量图中的入射角和折射角,分析并得出结论B.保持入射角不变,进行多次试验,测量入射角和每次实验的折射角,分析并得出结论C.改变入射角,进行多次实验,测量每次实验的入射角和折射角,分析并得出结论2.小文在探究光的折射规律时,将光从空气分别射入玻璃和水中,其实验过程如下:实验一:将光从空气射入玻璃中(1)将半圆形玻璃砖放在标有角度的圆盘上,如图1所示;(2)将一束激光从空气射向玻璃砖的圆心O处,激光在O处发生折射,记录入射角和折射角;(3)逐渐增大入射角,重复步骤(2);实验所测数据如表格一所示:表格一实验二:将光从空气射入水中(1)将标有角度的圆盘按图2所示安放;(2)将一束激光从空气射向水面O处,激光在O处发生折射,记录入射角和折射角;(3)逐渐增大入射角,重复步骤(2);实验所测数据如表格二所示:表格二分析以上数据可得:①当光从空气垂直入射到其它透明介质时,传播方向________.②当光从空气斜射入玻璃或水中时,折射角________(选填“大于”、“等于”或“小于”)入射角;③当光以相同的入射角斜射入不同的透明介质中时,折射角________(选填“相等”或“不相等”).。
普通物理实验 (光学部分)
普通物理实验光电学院用华南师范大学物理学科基础课实验教学示范中心编2012.8.目录绪论………………………………………………………………………………………（1 ）常用光学仪器的使用……………………………………………………………………（1 ）实验1共振法测量固体材料的杨氏模量 (9)实验2刚体转动惯量的测定 (13)实验3分光计的调节及棱镜折射率的测定 (16)实验4用透射光栅测光波波长 (20)实验5等厚干涉 (22)实验6迈克尔逊干涉仪的调整及使用 (26)实验7单色仪的定标 (33)实验8用菲涅耳双棱镜测波长 (35)绪论大学的物理实验课是高等院校理科的一门必修基础课程，是对学生进行科学实验的基本训练，提高学生分析问题和解决问题能力的重要课程。
物理实验课和物理理论课具有同等重要的地位。
这里主要介绍光学常用仪器使用物理实验可分三个环节：1）课前预习，写预习报告。
2）课堂实验，要求亲自动手，认真操作，详细记录。
3）课后进行数据处理，完成实验报告。
［预习报告的要求］：1）实验题目、实验目的、实验原理（可作为正式报告）。
2）画好原始数据表格，单独用一张纸。
［实验报告内容］：（要用统一的实验报告纸做）实验题目；1)实验目的；2)实验原理：主要公式和主要光路图、电路图或示意图，简单扼要的文字叙述；3)主要实验仪器名称、规格、编号4)实验步骤：写主要的，要求简明扼要；6) 数据处理、作图（要用作图纸）、误差分析。
要保留计算过程，以便检查；7) 结论：要写清楚，不要淹没在处理数据的过程中；8) 思考题、讨论、分析或心得体会；9) 附：原始数据记录。
光学常用仪器的使用光学实验仪器可以扩展和改善视角的观察以弥补视角的局限性。
构成光学仪器的主要元件有透镜、反射镜、棱镜、光栅和光阑等，这些元件按不同方式的组合构成了不同的光学系统。
光学仪器可以粗分为助视仪器（放大镜、显微镜、望远镜），投影仪器（放影机、投影仪、放大机、照相机）和分光仪器（棱镜分光系统、光栅分光系统）。
物理初中教材光学实验解析
物理初中教材光学实验解析光学实验作为物理教学中重要的一部分，通过实践操作来帮助学生加深对光学知识的理解和掌握。
本文将对初中物理教材中的光学实验进行解析，帮助读者更好地理解实验原理和实验方法。
实验一：光的直线传播实验目的：验证光的直线传播。
实验原理：光的直线传播是光的一种性质，这种性质使得我们看到的物体是通过直线传播到我们眼中的光。
实验步骤：1. 准备一条平直的光学实验台。
2. 在实验台上放置一个光源，如白炽灯或激光器。
3. 在光源上方放置一块平直的屏幕，用于观察光的传播情况。
4. 关掉周围的灯光，使实验环境暗下来。
5. 打开光源，观察屏幕上形成的明亮区域。
实验结果：在暗的环境下，我们可以观察到明亮的光斑，在屏幕上形成一条明线，验证了光的直线传播的性质。
实验二：光的折射实验实验目的：验证光在介质中的折射现象。
实验原理：光在两种介质之间传播时，由于光速在两种介质中不同，会发生折射现象。
实验步骤：1. 在实验台上放置一块厚板，作为平面界面。
2. 在平面界面上方放置一束光线。
3. 观察光线由空气进入厚板后的方向变化。
实验结果：我们会观察到光线在进入厚板后发生了方向的变化，验证了光的折射现象。
实验三：凸透镜成像实验实验目的：研究凸透镜成像的规律。
实验原理：凸透镜能够使光线发生折射并聚焦，形成实像或虚像。
实验步骤：1. 在实验台上放置一块凸透镜。
2. 在凸透镜的一侧放置一个物体，如一支蜡烛。
3. 调整距离和位置观察透镜成像的规律。
实验结果：通过调整物体的距离和位置，我们会观察到不同形态的透镜成像，验证了凸透镜成像的规律。
实验四：反射实验实验目的：研究光线的反射规律。
实验原理：光线在遇到平面镜时会发生反射现象，遵循入射角等于反射角的规律。
实验步骤：1. 在实验台上放置一块平面镜。
2. 高度调整光源的位置，使得光线入射在镜面上。
3. 观察光线入射角和反射角之间的关系。
实验结果：通过观察光线的入射角和反射角，我们可以验证光线的反射规律。
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实验5 迈克耳孙干涉仪的调节和使用【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理。
2.学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。
观察等倾干涉条纹，测量待测光源的波长。
3.观察等厚干涉条纹，测量钠光的双线波长差。
【仪器和用具】迈克尔逊干涉仪（WSM-100型），氦氖激光，毛玻璃屏。
【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的介绍19世纪末，迈克尔逊为了确定当时虚构的光传播介质—“以太”的性质，设计和制造了该种干涉仪，并在1881年与莫雷合作在该干涉仪上进行了历史上有名的迈克尔逊—莫雷测“以太”风实验，实验得到了否定的结果，为爱因斯坦1905年创立相对论提供了实验基础.迈克尔逊也因此获得1907年诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。
其原理是用分振幅的方法产生双光束以实现干涉的仪器。
它的主要特点是两相干光束完全分开，这就很容易通过改变一光束的光程来改变两相干光束的光程差，而光程差可以以光波的波长为单位来度量，随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
因此，根据迈克尔逊干涉仪的基本原理，研制的各种精密仪器已被广泛应用于长度精密计量、光学平面的质量检验和傅里叶光谱技术等方面，迈克尔逊干涉仪是许多近代干涉仪的原型。
图29-1 WSM-100型迈克尔逊干涉仪实物图WSM-100型迈克尔逊干涉仪的实物图如图29-1所示。
（1）反光镜1和反光镜2：这是两个互相垂直放置的平面镜，镜面镀有金属膜，具有很高的反射率。
（2）分光镜和补偿片：分光镜又称为分光板，是一块平行平面玻璃板，其第二平面上镀有一层半透（反射）膜，可以将以450入射的一列光分成两列振幅近乎相等的反射光和透射光。
补偿片也称补偿板，它的厚度和折射率都与分光板相同，且与分光板平行放置，用以补偿通过分光镜的透射光与反射光之间附加的光程差。
（3）传动部分和读数系统：转动大转轮和微调鼓轮，都可使导轨上的转轴转动，从而带动反光镜1沿导轨移动。
反光镜1的位置或移动的距离可由机体侧面的毫米刻尺、读数窗口内刻度和微调鼓轮的读数确定。
粗调手轮旋转一周，拖板移动1毫米,即反光镜1移动1毫米，同时，读数窗口内的鼓轮也转动一周，鼓轮的一圈被等分为100格，每格为10-2毫米，读数由窗口上的基准线指示。
微调鼓轮每转过一周，拖板移动0.01毫米，可从读数窗口中可看到读数刻度移动一格，而微调鼓轮的周线被等分为100格，则每格表示为10-4毫米。
如图29-2所示的读数为33.52246mm。
图29-2读数系统2. 用迈克尔逊干涉仪测量光波波长迈克尔逊干涉仪的工作原理如图29-3所示，光束S以450角入射到分光板P1，通过半透膜的分光作用，分为反射光1和透射光2，反射光1到达反光镜1后再次反射沿原路返回，记为反射光，通过P1得到透射光。
而透射光2经过补偿板P2，到达反光镜2后反射沿原路返回记为，经P1得到反射光。
光线和线来自同一光源S因而是相干光，它们到达E处时将产生干涉。
光线是在分光板P1的第二面反射得到的，这样使M2在M1的附近（前面或后面）形成一个平行于M1的虚像M2＇，因而，在迈克尔逊干涉仪中，自M1、M2的反射相当于自M1、M2＇的反射。
也就是，在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为d的空气薄膜所产生的干涉。
M1和M2＇反射的两束光的光程程差为图29-3 迈克尔逊干涉仪工作原理图（29-1）式中i为反射光在平面反射镜M1上的反射角，λ为入射光的波长，n2为空气薄膜的折射率,近似为1，d为薄膜厚度。
它们将处于同一级干涉条纹，并定们于无穷远。
如果在E处放一会聚透镜，将在其焦平面上看到一组明暗相间的同心圆纹。
两束相干光明暗条件为（29-2）凡i相同的光线光程差相等，并且得到的干涉条纹随M1和M2＇的距离d而改变。
当i=0时光程差最大，在E点处对应的干涉级数最高。
由（29-2）式得（29-3）由式（29-3）可知，当M1和M2＇的距离d增大时，对于任一K级干涉条纹，其COSI的值将减小，此干涉条纹将向i变大的方向移动，即条纹向外扩展，我们将看到条纹从中心向外“涌出”，且当距离d每增加时就有一个条纹从中心“涌出”。
反之，当距离d每减少时，就会有一个条纹向中心“陷入”。
由此可知，连续“涌出”或“陷入”N个条纹时，距离d的改变量满足如下关系：（29-4）所以在实验时只要数出“涌出”或“陷入”的条纹个数N，读出d的改变量Δd就可以计算出光波波长的值（29-5）从迈克尔逊干涉仪装置中可以看出，S发出的凡与M1的入射角均为i 的圆锥面上所有光线，经透镜L会聚在半径为的同一个圆上，实际实验时，如果调节M2与M1严格垂直，则我们用眼睛观察到的图像就是明暗相间的同心圆环，称为等倾干涉条纹如图29-6（a）所示，如果M2与M1严不严格垂直，则出现等厚干涉条纹(图29-6中(b),(c))。
根据式(29-5)测量波长时必须在等倾干涉下进行。
(a) (b) (c)图29-4等倾干涉条纹(a)和可能的等厚干涉条纹(b)(c)【实验内容与步骤】1、迈克尔逊干涉仪的调整（１）按图29-5原理图摆放好钠灯和迈克尔逊干涉仪。
在钠光的灯罩窗口上放置毛玻璃，点亮钠灯，得到均匀的扩展光源，在光源和P1之间加一指针或尖状物（如笔尖）。
（２）旋转粗调手轮，使M1和M2至P1镀膜面的距离大致相等，沿EP1方向观察，将看到尖状物有三个像（在其中两个像基本会固定不动，称为固定动像，第三个像则会随着对M1和M2背后的三个螺丝的调节会发生移动，称为可动像）。
（３）仔细调节M1和M2背后的三个螺丝，改变M1和M2的相对方位，直至可动像与两固定动像之一在水平方向和铅直方向均完全重合；再继续微调三个螺丝，可观察到干涉条纹，（此时一般是等厚干涉条纹）。
（４）细致缓慢调节M1下方的两个微调节拉簧螺丝，使干涉条纹中心随观察者的眼睛左右上下的移动而移动，但不发生条纹的“涌出”或“陷入”现象。
此时，才是严格的等倾干涉。
（5该系统中M2为动镜，传动比为20∶1，即从螺旋测微计上读出的最小分度值0.01mm相当于动镜移动0.0005mm2、测量激光的波长（1）旋转粗调手轮，使M2移动，观察条纹“涌出”或“陷入”现象，观察d的取值与条纹粗细、疏密的关系。
掌握干涉条纹“涌出”或“陷入”个数、速度与调节微调手轮的关系。
（2）当视场中出现清晰的、对比度好的干涉圆环时，读出动镜M2所在的相对位置，此为“0”位置，然后沿同一方向转动微调手轮，仔细数干涉条纹“涌出”或“陷入”的个数。
每隔 50或100个条纹，记录一次动镜M2的位置，连续记录5个这样的位置。
（3）由（29-5）计算激光的波长。
取其平均值与公认值（632.8纳米）比较，计算相对误差。
【实验数据记录及处理】环数测微螺旋读数动镜移动量ΔN为150环时的Δd值’=d0=0.0000mmΔd1= d3－d0=0d’=d1=Δd2= d4－d1=50d1100d’=d2=Δd3= d5－d2=2’=d3=150d3’=d4=200d4’=d5=250d5氦氖激光的波长计算相对误差【注意事项】1. 在调节和测量过程中，一定要非常细心和耐心，转动手轮时要缓慢、均匀。
2. 为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。
3. 在用激光器测波长时，M1镜的位置应保持在29-60毫米范围内。
4. 为了测量读数准确，使用干涉仪前必须对读数系统进行校正。
实验6 单缝衍射实验【实验目的】1．观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解。
2．会用光电元件测量单缝衍射的相对光强分布，掌握其分布规律。
3．学会用衍射法测量微小量。
【仪器和用具】光学平台或光具座，单缝，薄透镜，物屏，光源，准直透镜（焦距大一些），平面反射镜,白屏，测微目镜，二维、三维平移底座，升降调节座等。
【实验原理】１．单缝衍射光的衍射是指光波在传播过程中遇到障碍物时，当障碍物（小孔、狭缝、毛发、细针等）的线度与光的波长相差不多时，所发生的偏离直线传播的现象，即光可绕过障碍物，传播到障碍物的几何阴影区域中，并在障碍物后的观察屏上呈现出光强的不均匀分布。
通常将观察屏上的不均匀光强分布称为衍射图样。
本实验涉及的是光通过单缝时的衍射，即单缝衍射。
单缝衍射可分为两类：菲涅耳衍射、夫琅和费衍射。
夫琅和费衍射是指狭缝和障碍物与观察屏的距离都是无限远的。
在夫琅和费衍射中，入射到狭缝的光是平行光，传播到观察屏的也是平行光，即入射光和衍射光都是平行光，所以夫琅和费衍射是平行光的衍射，在实验中可以借助两个透镜来实现。
图25-1 单缝衍射本实验只研究夫琅和费单缝衍射，如图25-１所示，将波长为的单色光源置于透镜的焦平面上，由光源发出经出射的平行光垂直照射在宽度为的狭缝上，当很小时，根据惠更斯－菲涅尔原理，狭缝上每一点都可看成是发射子波的新波源。
由于子波叠加的结果，可以在透镜的焦面处的接收屏上看到一组平行于狭缝的明暗相间的衍射条纹，中央是亮而宽的明条纹，在它两侧是较弱的明暗相间的条纹，中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍。
从单缝衍射理论可以得出在点出现亮条纹的条件是 （25-1）在点出现暗条纹的条件是 （25-2）式中是单缝的宽度，是衍射角，是入射光的波长（650nm）。
观测屏的距离为，第级亮条纹与衍射图样中心的距离为，则因角极小，；又因衍射图样中心位置不易准确测定，可以测量两条同级条纹间的距离，据式（25-1）得（25-3）所以 （25-4）可见，某一级暗条纹至衍射图样中心的距离与缝宽成反比，大，小，各级衍射条纹向中央收缩，当宽到一定程度，衍射现象便不再明显，只能看到中央位置有一条亮线，这时可以认为光线是沿直线传播的。
图25-2 细丝产生的衍射由单缝衍射理论计算可得，垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强分布的规律为(25-5)其光强分布如图25-1所示，当时，，在整个衍射图样中，此处光强最强，称为中央主极大；当，在这些地方为暗条纹。
暗条纹是以光轴为对称轴，呈等间隔、左右对称的分布。
【实验内容与步骤】1．单缝宽度的测量（1）在光学平台或光具座上沿米尺调节各光学元件同轴等高。
（2）衍射条纹清晰且视场亮度合适。
（3）定性观察衍射条纹。
，观察衍射条纹的分布（疏密）与屏距变化的关系。
然后调节一个适当的屏距，使中央明纹两侧有6～8级衍射条纹。
（4）测量。
调节光电探头逐一对准中央零级两侧１～５级亮条纹，分别记录其位置，算出。
记录分划板与光电探头在光学平台或光具座米尺上的位置，算出距离。
（5）重复测量3次。
然后根据式(25-4)可得出单缝的宽度,并计算相对误差。
验证中央明条纹宽度是两侧明条纹宽度的两倍。
（6）绘制衍射光的相对强度I／Io与位置坐标x的关系曲线。
由于光的强度与检流计所指示的电流读数成正比，因此可用检流计的光电流的相对强度，i／io代替衍射光的相对强度I／Io（7）自行设计表格记录数据，并按要求处理数据。