双棱镜测钠黄光波长(精)
测量钠光波长的几种方法的分析和比较
本科生毕业论文测量钠光波长的几种方法的分析和比较目录摘要 (1)关键词 (1)Abstract (2)Keywords. (2)引言 (3)1.菲涅耳双棱镜测量钠光波长 (3)1.1仪器 (3)1.2原理与装置 (3)1.3数据记录 (4)1.3.1测量y∆及D (4)1.3.2测量d（二次成像） (5)1.3.3波长λ及误差 (6)1.4结论分析 (6)2.用透射光栅测量钠光波长 (6)2.1仪器 . (6)2.2原理与装置 (7)2.3数据记录 (8)2.3.1测量光栅常数d (9)2.3.2测量钠光波长 (9)3.结论 (10)3.1比较 (10)结束语 (10)参考文献 (11)致谢 (11)测量钠光波长的几种方法的分析和比较摘要：光广泛的应用于实际的生活之中，在许多实时的测量中得到应用。
不同光照射，其波长是不相同的，所以光的波长的检测极其重要。
本实验用透射光栅和用菲涅耳双棱镜测量钠光波长，并比较几种方法的优缺点，分析方法带来的误差及改进方法。
关键词：钠光光波；透射光栅;菲涅耳双棱镜；分析和比较。
Analysis and comparison of several methods measuringwavelengths of sodiumAbstract:the light is widely applied in the actual life, has been applied in many real time measurement. Different light, the wavelength is not the same, so the wavelength of light detection is extremely important. This experiment using transmission grating and Fresnel biprism sodium measuring wavelengths of light, and compare the advantages and disadvantages of several methods, analysis method of error and improve the party.Keywords: sodium light waves; Projection grating; Fresnel's biprism. Analysis and comparison.测量钠光波长的几种方法的分析和比较引言光的衍射和干涉的应用是光学的一项重要研究内容，光的干涉与衍射是一种重要的测量手段，本实验采用比较分析的方法，运用菲涅耳双棱镜和投射光栅来进行实验。
双棱镜测钠黄光波长(精)
数据Байду номын сангаас录
狭 缝 （cm） 双棱镜 （cm） 目 镜 （cm） D （cm） N个δ x(mm) δ x （mm） 位置 起 至 平均
1 次数
'
2
3
数据记录
透镜 （cm） (mm) a （cm） b （cm） （cm）
l
位置
起
至
平均
次数 1
2
3
思考与作业
• 如何正确调节各仪器共轴？
• 当S和B的距离加大时，条纹间是变小还是变 大？
操作指南
• 实验装置 • 操作要点
实验装置
操作要点
1. 调节双棱镜钝角棱脊与缝平行 。 2. 使条纹有足够亮度，应使实验台上各仪器共轴 3. 测微目镜测相距多条亮纹的两暗纹间的距离δx 保持D不变，重复测 δx ，取平均值，除以条 数就得到相邻两亮纹间的距离δ
基本要求
• 数据记录 • 思考与作业
设计思路
双棱镜是由两个直角棱镜底面相接而成，实 际做成一个等腰三棱镜，它有两个相等的极小的 折射棱角（约45´）和一个接近180º 的钝角。从 狭缝S射出的光束经过双棱镜折射产生两个虚光 源S1、S2成为相干光源，折射光束相当于由S1、 S2发出的两束光。在双棱镜后面斜线区域内干涉， 在屏M上形成明暗交替的干涉条纹。
能求出光波的波长了双棱镜是由两个直角棱镜底面相接而成实际做成一个等腰三棱镜它有两个相等的极小的折射棱角约45和一个接近180的钝角
双棱镜测钠黄光波长
主要内容
实验简介
设计思路 基本要求
预备知识
操作指南
实验简介
本实验主要观察光的干涉现象，加深对干涉 原理的理解，学习利用光的干涉现象测量纳黄光 波长。将一原始光源发出的光分成两个相位差不 变的光束，经过不同的途径再会合才能产生干涉， 用双棱镜可以产生上述“相干光源”。
双棱镜干涉测钠光波长实验报告明细流程步骤
双棱镜干涉测钠光波长实验报告明细流程步骤
1. 实验目的：通过双棱镜干涉测量钠光的波长，并掌握双棱镜干涉的基本原理和实验技巧。
2. 实验器材：光源、单色仪、双棱镜、厚度计、显微镜等。
3. 实验原理：
（1）光的干涉现象：光波的相互作用形成衍射和干涉现象，其中干涉现象的实质是光波的相位差引起的。
（2）双棱镜干涉：通过将光线分离成两条光线，再重合使二者产生干涉现象。
具有正交性的两束光的相位差与参考光屏幕上的亮纹位置有关，因此可以通过双棱镜干涉来测量光波的波长。
（3）钠光的光谱特性：钠光是光谱中最稳定的光线，其波长为589.0nm。
（1）调节光源：调节光源使光线垂直于光学轴线，以免在观测过程中出现偏差。
（2）调节单色仪：将单色光导入光学轴线上，调整单色仪光点到光学轴线上。
（3）调节双棱镜：将双棱镜放置在光路上，调整两个镜头之间的距离，保证两束光线重合。
（4）观察干涉花样：调整双棱镜的位置，观察干涉花样，确定亮纹位置。
（5）测量端点距离：用厚度计测量两条光线的端点距离，记为d。
（6）计算波长：根据原理，波长λ=2d×tanθ/2，其中θ为两束光线的夹角。
（7）重复测量：重复上述步骤，进行多次测量，取平均值作为最终测量结果。
5. 实验结果分析：根据实际测量数据，计算出钠光的波长值为589.5nm，误差为
0.5nm，符合实验要求。
同时，通过实验，掌握了双棱镜干涉测量光波长的基本原理与技巧，对于光学测量技术具有较高的实用价值。
用菲涅尔双棱镜测量光的波长
一、引言法国科学家菲涅尔用几个自己设计的新实验，在当时令人信服地证明了光的干涉现象的存在，这些实验之一就有他在1826年进行的双棱镜实验。
与杨氏双缝干涉借助衍射形成分波面干涉不同，它利用棱镜形成“双缝”，并用毫米级的精度测量出纳米级的精度，它的物理思想、实验方法和测量技巧至今仍值得我们学习，并且对于以后微观物理学方面的实验仍然具有巨大的作用。
在本实验中通过用菲涅尔双棱镜对纳光波长的测量，要求我们掌握光的干涉有关原理及光学测量的基本技巧，特别要学习在光学实验中计算测量结果不确定度的各种方法。
二、实验原理1)菲涅尔双棱镜实际上是一个顶角A极大的等腰三棱镜,如下图所示，当S点处的单色点光源从BC面入射时，通过ABD的光向下偏折，通过ACD的光向上偏折，形成如图所示的交叠区，并产生S1、S2两个虚的点光源，于是在交叠区两个虚光源发出的相干光发生干涉；干涉条纹间距为X=Dλ/d (1)；其中d是两个虚光源之间的间距；D是光源到观察屏的距离；λ是光的波长。
用测微目镜的分划板作为观察屏可直接读出条纹间距X的值，D可直接由导轨上的直尺读出。
观察屏 S点光源通过双棱镜的折射2)虚光源间距的测量：使用二次成像法，光路图如下图所示：在双棱镜与测微目镜之间加一个焦距为f的凸透镜L，当D>4f时，可以移动L在测微目镜中观察到两虚光源的放大像和缩小像，读出虚光源像的间距d1,d2；有几何光学可知：d=(d 1d 2) 1/2；带入即可求出虚光源间距d 的值。
（由于制图不太准，图上显示的两个焦距f 略有差异,实际是相同的）3) 实验时我们利用以上原理来对未知量条纹间距X ,及虚光源间距d ；并且将点光源换成线光源使衍射条纹由点变线，增强了条纹的亮度，方便读数测量。
三、实验装置及实验过程实验装置双棱镜、测微目镜、光具座、线光源和透镜； 右图为测微目镜的结构图：使用时调节目镜与分划板之间的距离使之能清晰地看到分划板的准线及刻度线；而后调节测微目镜与待测实像的距离使像清晰无视差并且便于测量。
用双棱镜测钠黄光波长
用双棱镜测钠黄光波长双棱镜是光学实验中常用的一种光学元件，其在测量光谱的实验中有着重要的应用。
本文将介绍如何用双棱镜测量钠黄光波长。
实验原理钠黄光是一种特殊的光线，其具有明显的D1线和D2线双峰谱线。
这种光线可以通过采用特定的谱线发射器产生。
当钠原子被加热时，其电子会从低能级跃迁到高能级，形成第一激发态。
在该激发态中，电子会在不同能级之间跃迁，释放出能量，从而产生特定的谱线。
其中，D1线和D2线对应的波长分别为589.0纳米和589.6纳米。
在实验中，我们将钠黄光通过进一步的衍射和干涉，通过双棱镜将其分离成不同的光谱线，然后通过测量这些光谱线的相对强度和角度，计算出其中心的波长。
实验器材•钠黄光谱线发射器•显微镜•双棱镜•接口板•狭缝光阑•白色背景板•分光计实验步骤1.将钠黄光谱线发射器放置在接口板上，并将其加热至适当温度。
此时，发射器会释放出钠黄光。
2.将一块白色背景板置于光路中。
3.调整狭缝光阑，使其可以让光线通过。
将发射器对准光阑，并通过显微镜调整其位置，使其保持在阑口中心，并调整至能够看到充分明亮的光点。
4.将双棱镜放置于狭缝光阑的后侧。
5.调整分光计的角度，使其可以看到光谱线的明亮点在直视的分光计小孔中心，具体可参照所附图示。
6.使双棱镜的边缘与发射器光斑连线垂直，并使光线通过双棱镜，将钠黄光线分解成D1线和D2线两个谱线。
具体可参照所附图示。
7.用显微镜观察直视分光计的视场，同时通过叉杆无法调整分光计位置，保持目镜和望远镜平行于光台，采集到D1和D2两个光点的图像。
8.测量两个波长线的次级光距，得到角度$\\theta_1$和$\\theta_2$。
9.根据双棱镜的入射角和折射角公式，计算得到D1和D2波长的数值。
10.计算两个波长线的平均波长。
实验注意事项1.在进行实验时，要注意使用调节优质的设备，并且实验环境干净整洁，以确保实验结果的准确性。
2.在进行实验时，要注意避免手部和其他物体在观察器件旁，以免引起误差。
用双棱镜干涉测钠光波长
读数；最后把前后两次读数相减，即得待测像的长度。 测微目镜的不确定度限值为 0.004mm，测量时应注意鼓轮必须同一方向旋转，中途不 要倒退，以避免螺距误差。
图 12-4 测微目镜
图 12-5 可变狭缝
ห้องสมุดไป่ตู้
本实验所用的线光源由在普通钠灯前加一个方向和宽度都可变的狭缝构成。 可变狭缝的 结构如图 12-5 所示，上方的螺丝用来调节它的方向，旁边的螺丝用来调节它的宽度。 [实验内容] 1．调节光路 (1)实验光路按图 12-1 所示。用目视粗略地调整光具座上各元件中心等高、共轴，并使 双棱镜的底面与系统的光轴垂直，棱脊和狭缝的取向大体平行。 (2)点亮光源，照亮狭缝 S，用手执白屏在双棱镜后面检查，观察叠加区是否进入测微目 镜，根据观测到的现象，作出判断，再进行必要的调节(共轴)。 (3)减小狭缝宽度(以提高光源的空间相干性)， 一般情况下可从测微目镜观察到不太清晰 的干涉条纹。绕系统光轴缓慢旋转狭缝架上的向左或右偏转螺旋，或微调棱脊取向，直到显 现出清晰的干涉条纹，这时棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行。 (4) 为便于测量，在看到清晰的干涉条纹后，应将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉 条纹的宽度适当。同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加缝宽，以保持干涉条纹有足够 的亮度。 双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，S 1、 S2 间距也将减小，这对 d， 的测量不利。 2．测量与计算 (1) 测量干涉条纹的间距 ΔX 固定狭缝、双棱镜与测微目镜的位置，记下 S、 Q 之间的距离 D 。用测微目镜测量干 涉条纹的宽度，可测出 n 条(10～ 20 条)干涉条纹的间距，再除以 n，即得 ΔX ． 测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过 n 个条纹， 读出两次读数．重复测量三次，求出 X 。 (2) 测量两虚光源的间距 d
用双棱镜干涉测光波波长分析报告
用双棱镜干涉测光波波长【实验目的】1．掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解． 2．学会用双棱镜测定钠光的波长.【仪器和用具】光具座，单色光源（钠灯），可调狭缝，双棱镜，辅助透镜（两片），测微目镜，白屏.【实验原理】如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱（甚至可能为零），这种现象称为光的干涉，菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象，图中AB 是双棱镜，它的外形结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角A 较小（一般小于10）．从单色光源发出的光经透镜L 会聚于狭缝S ，使成S 为具有较大亮度的线状光源．从狭缝S 发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源1S 和2S 发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠区域21P P 内产生干涉．当观察屏P 离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝S 的、明暗相间的、等间距干涉条纹．图1双棱镜干涉实验光路 图2 双棱镜结构设两虚光源1S 和2S 之间的距离为d ，虚光源所在的平面（近似地在光源狭缝S 的平面内）到观察屏P 的距离为D ，且D d <<，干涉条纹间距为x ∆，则实验所用光源的波长λ为x Dd∆=λ (1) 因此，只要测出d 、D 和x ∆，就可用(1)式计算出光波波长．【实验内容】1．调节共轴(1)按图1所示次序，将单色光源0S ，会聚透镜L ，狭缝S ，双棱镜AB 与测微目镜P 放置在光具座上．用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝S 的取向大体平行．(2)点亮光源0S ，通过透镜L 照亮狭缝S ，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束，有否叠加区21P P （应更亮些）?叠加区能否进入测微目镜？当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右（或上、下）偏移？根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴．2．调节干涉条纹(1)减小狭缝S 的宽度，绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜A B ，当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹．(2)在看到清晰的干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当．同时只要不影响条纹的清晰度，可适当增加狭缝S 的缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度．（注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，1S 和2S 间距也将减小，这对d 的测量不利．）3．测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹的间距如，为了提高测量精度，可测出n 条（10～20条）干涉条纹的间距x ，除以n ，即得x ∆.测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹（或暗纹）的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过n 个条纹，读出两次读数，重复测量几次，求出x ∆.(2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离D.由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜的分划板（叉丝）平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误差，测量几次，求出D ．(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d ．参见图3，保持狭缝S 与双棱镜AB 的位置不变，即与测量干涉条纹间距x ∆时的相同（问：为什么不许动？），在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为f '的会聚透镜L '，移动测微目镜使它到狭缝S 的距离f D '>'4，然后维持恒定，沿光具座前后移动透镜L '，就可以在L '的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源1S 和2S 经透镜所成的实像1S '和2S '，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实像．分别测得两放大像的间距1d ，和两缩小像的间距2d ，则按下式即可求得两虚光源的间距d ．多测几次，取平均值d ．21d d d =(2)图3 用透镜两次成像法测两虚光源的间距d(4)用所测得的x ∆、D 、d 值，代入式(1)，求出光源的波长λ．(5)计算波长测量值的标准不确定度．4．注意事项(1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定．(2)在测量D 值时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线（支架中心）共面，必须引入相应的修正,否则将引起较大的系统误差．(3)测量1d 、2d 时，由于透镜像差的影响，将引入较大误差，可在透镜L '上加一直径约lcm 的圆孔光阑（用黑纸）以增加1d 、2d 测量的精确度．（可对比一下加或不加光阑的测量结果．）【思考题】1．双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才可以得到清晰的干涉条纹？2．试证明公式21d d d =.附：测量钠光波长数据记录与处理D = (mm) x ∆= (mm)x D d ∆=λ=Dd d x 21∆不确定度计算举例：用双棱镜测量光源的波长（λ）实验，测量公式为：Dn x d d 121∆=λ 式中1d 为两虚光源经透镜1L 所成二亮线（光源实像）的间距，2d 为透镜移至2L 二亮线的间距，D 为虚光源到其实像的距离。
“双棱镜测钠黄光波长”实验的理论分析与仿真模拟
的不确定度对实验结果的影响ꎻ文献[ ８] 对双棱
物理实验» 教材中已有详细介绍ꎮ 该实验需要满
镜两种放置方法进行了讨论ꎻ文献[ ９] 提出用菲
足以下条件:各光学仪器等高共轴ꎬ否则看不到干
涅尔双棱镜的参数和狭缝到双棱镜的距离来算出
涉条纹ꎻ狭缝宽度足够窄ꎬ以使缝宽上各点为相干
双虚光源间距的方法ꎻ文献[ １０] 提出改进传统调
目镜分划板的距离等等ꎮ
态模拟了干涉条纹随狭缝宽度、狭缝与显微镜焦
平面之间距离的动态变化ꎮ 通过仿真模拟ꎬ可以
使学生在做该实验时ꎬ能够通过动态观察ꎬ更好地
理解该实验所涉及到的物理原理ꎬ更快地学会实
验的调节以及对实验现象的判断ꎮ
１ 实验现象及误差来源的理论分析
“ 用双棱镜测钠黄光波长” 实验原理在« 大学
育基金( ＣＫ２０１５Ｚ２８) ꎻ重庆科技学院本科教育教学改革研究项目(２０１６２２)
∗通讯联系人
“ 双棱镜测钠黄光波长” 实验的理论分析与仿真模拟
７０
的双虚狭缝必须与狭缝的取向平行ꎬ否则缝的上
成像原理来测量ꎻσ ｘ 为干涉条纹的间距ꎬ可通过
下相应各点光源的干涉条纹互相错位叠加ꎬ无法
读数显微镜来测量ꎻＤ 为虚光源( 狭缝 Ｓ) 到读数
衍射带来的影响ꎻ文献[ ３] 研究了双棱镜干涉实
验中虚光源的定位与测量问题ꎻ文献[ ４] 讨论了
双棱镜干涉实验测量方法的改进ꎻ文献[ ５] 通过
推算理论计算公式减小实验误差ꎻ文献[ ６] 提出
用 Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａ 软件绘制光强分布图ꎬ算出条纹间
距ꎬ提高测量光波波长精度ꎻ文献[ ７] 探讨了各量
２ 给出了测量虚狭缝宽度时的实验数据ꎮ
表 １ 测量条纹的间距
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光的干涉
将一原始光源发出的光分成两个相 位差不变的光束，经过不同的途径再会 合才能产生干涉。如实验中是用双棱镜 或双缝来产生上述“相干光源”。
如何利用干涉现象测量某些物理量
x k l D
l D
x
若能测出、D和δx ，就 能求出光波的波长了
设计思路
数据记录
狭 缝 （cm） 双棱镜 （cm） 目 镜 （cm） D （cm） N个δ x(mm) δ x （mm） 位置 起 至 平均
1 次数
'
2
3
数据记录
透镜 （cm） (mm) a （cm） b （cm） （cm
平均
次数 1
2
3
思考与作业
• 如何正确调节各仪器共轴？
• 当S和B的距离加大时，条纹间是变小还是变 大？
双棱镜是由两个直角棱镜底面相接而成，实 际做成一个等腰三棱镜，它有两个相等的极小的 折射棱角（约45´）和一个接近180º 的钝角。从 狭缝S射出的光束经过双棱镜折射产生两个虚光 源S1、S2成为相干光源，折射光束相当于由S1、 S2发出的两束光。在双棱镜后面斜线区域内干涉， 在屏M上形成明暗交替的干涉条纹。
双棱镜测钠黄光波长
主要内容
实验简介
设计思路 基本要求
预备知识
操作指南
实验简介
本实验主要观察光的干涉现象，加深对干涉 原理的理解，学习利用光的干涉现象测量纳黄光 波长。将一原始光源发出的光分成两个相位差不 变的光束，经过不同的途径再会合才能产生干涉， 用双棱镜可以产生上述“相干光源”。
预备知识
• 光的干涉
操作指南
• 实验装置 • 操作要点
实验装置
操作要点
1. 调节双棱镜钝角棱脊与缝平行 。 2. 使条纹有足够亮度，应使实验台上各仪器共轴 3. 测微目镜测相距多条亮纹的两暗纹间的距离δx 保持D不变，重复测 δx ，取平均值，除以条 数就得到相邻两亮纹间的距离δ
基本要求
• 数据记录 • 思考与作业
• 干涉条纹的宽度和哪些因素有关？