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干涉法测量金属细丝直径

干涉法测量金属细丝直径作者：刘莹来源：《中小学实验与装备》 2014年第2期长春工程学院理学院（130012）刘莹1实验原理如图1所示，两块平板玻璃叠放，其间夹入薄片或细丝状物体的时候，玻璃之间就形成一空气劈尖。

在单色平行光垂直照射下，玻璃上出现明暗相间、间距相等的平行于玻璃棱边的干涉条纹。

根据波动光学理论，空气劈尖上、下表面反射光是相干光。

如若在劈尖内空气层厚度为e 处，其两相干光的光程差为：在实验室中采用钠光灯照射劈尖，其波长λ=589.3×10－9 m。

由上式可知，只要利用游标卡尺或读数显微镜测得金属丝所在位置到劈尖棱边的距离L以及条纹间距Δl，即可获得金属丝直径e的数值。

此外，④式中的L/Δl，即是视场中所观察到从劈尖棱边至金属丝之间干涉暗纹的数目，用K表示，则上式可以表示为：可见只要利用读数显微镜读得K值，同样可以获得金属丝直径e的数值。

2实验数据处理与实验结果2.1实验方法之一于是，金属细丝直径的测量结果表示为:e=(3.89±0.02)×10－5m2.3注意事项一是使用测微显微镜测量时，为避免产生回程误差，测微刻度轮应沿同一方向旋转，不可中途反向；二是在测量数据之前需调整细丝的位置，以使条纹间距适当。

金属细丝的位置距离劈尖棱边如果太近，会因为干涉条纹过密而分辨不清；如果太远，会因为干涉条纹过于稀疏，造成条纹数目过少而增大测量的不确定度。

3体会借助游标卡尺、千分尺等工具测物体直径。

虽然操作简单、效果直观，但精度较低。

本实验运用光学等厚干涉理论进行测量，结果的精度较高。

同时结合光学原理的运用，将普通的长度测量这类基础性实验上升为综合性、设计性的实验项目，对于激发学生的实验兴趣，培养他们创造的能力十分有益。

收稿日期：2014-03-03。

金属丝直径的测量

江汉大学文理学院
已知光栅透光狭缝宽度b=0.420mm
根据公式（2）计算出光栅常数 d=(Dλ )/△y =（2145mm x 632.8nm)/2.771mm =0.4898mm
计算出金属丝的直径 a2=d-b=0.4898mm-0.420mm =0.0698mm
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③用螺旋测微器测得金属丝的直径（mm）
a=(λ kD)/△x （2）
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条纹示意图
一级明纹
中央明纹宽度x1
一级明纹宽度X2
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①已知氦氖光波波长λ =632.8nm，测得显示屏到夹具的距离D=214.5cm，
实验测得单缝明纹宽度（mm）
中央条纹X1 一级条纹X2
39.32
19.62
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计算出单缝明纹平均宽度 △X=（X1+X2）/3 =(39.62mm+19.62mm)/3 =19.65mm
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实验结论：
利用单缝衍射和光栅衍射都可以有效地测量金属丝的直径。
用这种简单的光栅产生的衍射图样很直观的反映出它是单缝衍射和多光束干涉叠加的结果。
在光栅衍射法测量中，所得到的三个结果可相互检测，方法独特,新颖。
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利用光栅衍射法测量金属丝直径
答辩人——金科学校：江汉大学文理学院专业：08级机械设计制造及其自动化
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主要内容
实验装置单缝衍射和光栅衍射的实验原理测量实验数据和计算结果实验结论
江汉大学文理学院
实验需要的器材 1.螺旋测微器 2.游标卡尺 3.氦氖激光器 4.带金属丝的夹具（光栅,单缝） 5.显示屏

测量细线直径的方法

测量细线直径的方法
1. 嘿，你可以用显微镜呀！就像侦探用放大镜找线索一样，把细线放在显微镜下，那直径不就看得清清楚楚啦！比如你有一根像头发丝那么细的线，放在显微镜下，哇塞，一下子就看明白它有多粗啦。

2. 哎呀，还可以用卡尺来量嘛！卡尺就像一个小助手，紧紧夹住细线，然后你就能轻松读出直径啦！就好比你要知道一根缝衣服的线有多粗，卡尺一夹不就搞定啦！
3. 嘿呀，你知道吗？可以把很多根同样的细线并排紧密地缠在一起，然后测量总宽度，再除以细线的根数，不就得到每根的直径啦！这就好像一堆人站一起量总宽度，再算出每个人大概多宽一样有趣呀！比如有十根一样的细线，缠好一量，除以十，简单吧！
4. 哇哦，还可以把细线绕在一个圆柱体上，绕好多圈，然后量出这个长度，再除以圈数，不也能算出直径嘛！这不是和绕毛线球一个道理嘛，绕好几圈然后看看长度，多有意思！像绕在铅笔上，绕它个十几圈，再算算，嘿！
5. 哈哈，你想过用排水法吗？把细线浸到水里，看排出多少水，根据这个也能算出直径啊！就好像测量一块石头排开多少水一样新奇呢！要是一根细细的金属线，用这个方法试试看呀！
6. 咦，还可以做个小模具呀，让细线正好能卡进去的那种，那不就知道直径大概范围啦！这和给鞋子找合适的鞋盒一样嘛，得刚刚好。

比如做个小塑料卡槽，让细线卡得严丝合缝的，多妙呀！
我觉得呀，这些方法各有各的妙处，关键是看你在什么情况下怎么方便怎么来，都能帮你准确测量出细线的直径哦！。

大学物理设计实验-测量金属丝直径

吉林大学珠海学院课程设计报告设计题目测量金属丝的直径学生姓名学号********学生姓名学号********所属院系电子信息系专业电子信息科学与技术班级电子一班指导教师王天会设计地点实验楼4372016年12月12日一、实验目的1、学习读数显微镜的使用方法2、观察劈尖干涉现象及其特点3、用劈尖干涉法测量金属丝直径二、劈尖测量金属丝直径的原理如图1-1所示，G 1、G 2为两片叠放在一起的平板玻璃，起一端的棱边相接触，另一端被一直径为D 的细丝隔开，故在G 1的下边卖女和G 2的上表面之间形成一层空气薄层，叫做空气劈尖。

图中M 为倾斜45°角放置的半透明半反射平面镜，L 为透镜，T 为显微镜。

单色光源S 发出的光经透镜L 后成为平行光，经M 反射后垂直射入劈尖（入射角i=0）。

自空气劈尖上、下两面反射的光相互干涉，从显微镜T 中可观察到明暗交替、均匀分布的干涉条纹，如图1-2所示。

图中相邻两暗纹（或明纹）的中心间距b 叫做劈尖干涉的条纹宽度。

在图1-3中，D 为细丝直径，L 为玻璃片长度，θ为两玻璃片间的夹角。

由于θ实际很小（为清晰期间被，图中θ被夸大），所以在劈尖的上表面处反射的光线都可看作垂直与劈尖表面，他们在劈尖表面处。

相遇并相干叠加。

由于劈尖层空气的折射率n 比比玻璃的折射率n 1小，所以光在劈尖下表面反射时因有相位跃变而产生附加光程差λ/2。

这样，由kλ, k=1,2,…（加强）Δr=2n2d+λ/2=(2k+1), λ/2, k=0,1,2,…（减弱）可得劈尖上下表面反射的两相干光的总光程差为Δ=2nd+λ/2式中d为劈尖上下表面间的距离。

劈尖反射光干涉条纹极大（明纹）的条件为2nd+λ/2=kλ,k=1,2,3,… (1-1)产生干涉条纹极小（暗纹）的条件为2nd+λ/2=（2k+1）λ/2, k=0,1,2,… (1-2)从师1-1和1-2可以看出，凡劈尖内厚度d相同的地方均满足相同的干涉条件。

3.6光学衍射法测定细丝直径

方向与狭缝平行的，按一定规律分布的衍射条纹。由惠更斯-菲涅尔原理可知，单缝衍射的光强颁布规律为：
I

I0
sin2 u u2
u

a
sin

其中： a 为单缝宽度为衍射角为单色光波长当 0 时 u 0 ， I I0 这就是中央明条纹中心的光强，称为中央主极大。
当 a sin k ， k 1, 2, 3,
演示时，把有孔或缝的卡片固定在支架上作为挡板，在相距 1 m 左右的位置，把激光笔光源照射到缝或孔上，在光屏（可以把白色墙壁作为光屏）上可看到相应的衍射现象，实验装置如图 4 所示。
在图 4 所示装置中，把挡板换成如图 3 所示卡片，依次演示激光通过正三角形孔 e、正方形孔 f、正多边形孔 g 发生的衍射现象，其衍射图样分别为如图 7、8、9 所示。
由实验可知，衍射图样和孔的形状是一一对应的，因此，由衍射图样可以推知小孔的形状。二、光的衍射在现代技术中的应用
（一）在现代应用光学分析技术中，科学家根据衍射图样与障碍物的结构间一一对应的关系，利用 X 射线穿过晶体后发生晶格衍射时，不同的晶体产生不同的衍射图样，仔细分析得到的衍射图样，从而推理得出组成晶体的原子是如何排列的。（二）DNA 的双螺旋结构的发现过程：弗兰克林这位具有非凡才能的物理化学家，成功地拍摄了不同温度下 DNA 晶体的 X 射线衍射照片，如图 10 所示，把这些各种局部的结构形状汇总。
DNA 的衍射图片越来越清晰，越来越全面。此时，沃森和克里克也在剑桥大学进行 DNA 结构的形究，他们看了那张照片后，很快就领悟到了 DNA 的结构──两条以磷酸为骨架的链相互缠绕形成了双螺旋结构，氢键把它们联结在一起。因此他们获得了诺贝尔奖。

测细丝直径的应用原理

测细丝直径的应用原理
测细丝直径的应用原理主要基于以下几个方面：
1. 光学原理：利用光学显微镜原理观察细丝，并通过测量细丝在显微镜视野中的尺寸变化来确定其直径。

2. 角度测量原理：利用倾斜仪器或测角仪器，在细丝上测量两个点之间的角度，根据已知距离和夹角计算细丝的直径。

3. 描迹法：将细丝放在平面上，使其留下一条线迹，通过测量线迹的宽度或长度来推算细丝的直径。

这种方法常用于测量纺织品中的纱线直径。

4. 力学原理：利用拉力测力计等力学仪器，在细丝两端施加一个拉力，根据拉力、材料特性和材料直径的关系，计算细丝的直径。

这种方法常用于测量金属丝或其他可弯曲的材料的直径。

5. 电阻测量原理：利用电阻计或电桥等仪器，通过测量细丝电阻的变化来反推细丝的直径。

这种方法常用于测量电阻丝的直径。

上述原理中，光学原理是最常用的方法，可以通过显微镜观察细丝，利用目测或图像处理等方法来测量细丝的尺寸，达到精确测量的目的。

其他原理通常用于特
殊情况下的测量，或在实际操作中与光学原理相结合使用。

衍射法测量细丝直径

实验二衍射法测量细丝直径
一、实验目的
1.了解衍射效应在计量技术中的应用。

2.掌握激光衍射法测量细丝直径的基本原理和测量方法。

二、实验原理
激光衍射法测量细丝直径是基于巴定理:两个互补的障碍物,其夫朗和费衍射图形、光强分布相同，位相相差π/2，因此，当细丝直径与狭缝宽度相等时，他们是两互补障该物，可以用测量狭缝的方法测量细丝直径。

测量原理如图12—1所示
图12—1
当一束激光照射到被测细丝上，发生衍射效应，在距光纤L距离处接收其衍射光强分布图，由衍射光强分布图测出第n级暗纹中心到中央零级条纹中心的距离X, 即可计算出细丝直径。

值得注意的是：此法虽然测量精度较高，但一般只适用于测量0.5mm以下的细丝直径，同时要求L ››d。

三、实验仪器与设备
激光参数测量系统（接收器移动距离为400mm）一套
四、实验内容与要求
实验内容
测量细铜丝直径
实验要求
1.根据远场夫朗和费衍射公式，导出d的计算式。

2.设计实验光路。

注意事项
1. 调整光路时不能用眼睛正对激光束，以免伤害眼睛。

要用白纸接收光。

2. 激光束与平台平行、且与接收器中心等高，保持与接收器移动方向垂直，光能量应全部进入接收器内。

3.接收器前狭缝开启的不要太大（0.2 —0.3mm），要与扫描间隔相匹配。

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细丝直径的测量铁丝直径
【实验目的】
(1)通过实验加深对等厚干涉原理及干涉概念的理解 (2)学习用等厚干涉测量铁丝直径的方法 (3)学会读书显微镜的正确使用【仪器用具】
钠光灯读数显微镜劈尖装置【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。

λλk d =+=∆22明纹()21222λ
λ+=+=∆k d 暗纹
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度
λλ
k d k =+
2
2()12
21+=+
+k d k λ
21λ
=
-+k k d d
则细丝直径D 为
2λ
N D = N 为干涉条纹总条纹S L D 2
tan λ
αα==≈
2λ⋅=
S L D
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 =
mm 103.5896-⨯
已知入射光波长λ，测出0N 和L ,就可计算出细丝（或薄片）的直径D 。

【实验内容】
（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)2/(0λL N D =计算细丝直径D 平均值和不确定度。

【数据记录】
实验测量数据
单位（mm ）错误!未找到引用源。

5
j i S S - S1 S6 S2 S7
S3 S8
S4 S9
S5
S10
【注意事项】
(1)干涉环两侧的序数不要数错
(2)防止读书显微镜的回程误差。