光学实验基础知识 ppt课件
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光学实验基础知识
杨鹏 物理与电子工程学院
PPT课件
1
主要内容
一、光学实验的内容 二、光学实验特点 三、光学实验遵循的原则 四、光学实验的观测方法 五、光学实验基本光路 六、光学实验常用仪器 七、实验数据处理
PPT课件
2
课程背景
光学：物理学经典学科，发展迅速。 经典光学理论和实验方法：促进科技进步。 新的研究成果和实验技术：促进光学学科及其他
(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。
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13
五、基本光路
（一）自准直光路
1.
OOO′
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。
PPT课件
14
2.
O′
y′ O y
O
分划板
（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。
PPT课件
19
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。
了解仪器的构造原理及正常使用状态，调节到 正常使用状态的方法，操作要求，注意事项， 并具有较好的操作技能。
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6
（三）学习分析光学实验中的基本光路
自准直光路、分光光路、助视放大光路、恒偏向光路。
（四）继续学习分析误差的方法和提高对实验数据 的处理能力
提高对实验数据的处理能力和实验结果误差原因的分析 水平，正确表达和评价实验结果，分析误差产生的原因 以及减小实验误差。
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3
一、光学实验的主要内容
光学实验课， 学习的重点是学习和掌握光学实验的 基本知识、基本方法以及培养基本实验技能，研究 一些基本的光学现象，加强对经典光学理论的理解， 提高对实验方法和技术的认识。
（一）基本物理量的测量方法
基本物理量：透镜的焦距、基点、曲率半径，介质 折射率、溶液浓度、光波波长、光栅常量等。
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；
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10
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；
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11
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；
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4
测量方法：
焦距测量：物距像距法、二次成像法、自准直法、辅助透镜 法
折射率测量：最小偏向角法、掠入射法
光波波长测量：双棱镜干涉法、迈克尔逊干涉法、透射光栅 法
溶液浓度测量：旋光法 偏振光分析、单色仪定标
加深理论—掌握方法—观察现象—分析现象
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5
（二）常用光学仪器的使用 常用仪器:光具座、测微目镜、望远镜、分光计、 干涉仪、摄谱仪等。
对钠光波长589.3nm而言）
i1
i1′
δ
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。
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17
（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。
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18
六、基本光学仪器的使用
α α
f′
透镜
α α
平面镜
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15
3.
O′
α
y′
2α
2α
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。
阿P贝PT目课镜件
高斯目镜
16
（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
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7
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。
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。
P百度文库T课件
12
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:
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；
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9
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；
科技领域发展，如天文、化学、生物、医学等。 光学实验技术：观察基本光学现象，学习和掌握
光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的光 学实验技能。 光学实验：仪器精密，调节复杂，只有在了解仪 器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选 择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正 常的工作状态。 理论联系实际：在光学实验过程中，仪器的调节 和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论 的指导。
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。
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8
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；
杨鹏 物理与电子工程学院
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主要内容
一、光学实验的内容 二、光学实验特点 三、光学实验遵循的原则 四、光学实验的观测方法 五、光学实验基本光路 六、光学实验常用仪器 七、实验数据处理
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课程背景
光学：物理学经典学科，发展迅速。 经典光学理论和实验方法：促进科技进步。 新的研究成果和实验技术：促进光学学科及其他
(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。
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五、基本光路
（一）自准直光路
1.
OOO′
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。
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14
2.
O′
y′ O y
O
分划板
（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。
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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。
了解仪器的构造原理及正常使用状态，调节到 正常使用状态的方法，操作要求，注意事项， 并具有较好的操作技能。
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（三）学习分析光学实验中的基本光路
自准直光路、分光光路、助视放大光路、恒偏向光路。
（四）继续学习分析误差的方法和提高对实验数据 的处理能力
提高对实验数据的处理能力和实验结果误差原因的分析 水平，正确表达和评价实验结果，分析误差产生的原因 以及减小实验误差。
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一、光学实验的主要内容
光学实验课， 学习的重点是学习和掌握光学实验的 基本知识、基本方法以及培养基本实验技能，研究 一些基本的光学现象，加强对经典光学理论的理解， 提高对实验方法和技术的认识。
（一）基本物理量的测量方法
基本物理量：透镜的焦距、基点、曲率半径，介质 折射率、溶液浓度、光波波长、光栅常量等。
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；
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10
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；
PPT课件
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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；
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测量方法：
焦距测量：物距像距法、二次成像法、自准直法、辅助透镜 法
折射率测量：最小偏向角法、掠入射法
光波波长测量：双棱镜干涉法、迈克尔逊干涉法、透射光栅 法
溶液浓度测量：旋光法 偏振光分析、单色仪定标
加深理论—掌握方法—观察现象—分析现象
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（二）常用光学仪器的使用 常用仪器:光具座、测微目镜、望远镜、分光计、 干涉仪、摄谱仪等。
对钠光波长589.3nm而言）
i1
i1′
δ
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。
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（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。
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六、基本光学仪器的使用
α α
f′
透镜
α α
平面镜
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3.
O′
α
y′
2α
2α
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。
阿P贝PT目课镜件
高斯目镜
16
（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
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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。
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。
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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:
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；
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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；
科技领域发展，如天文、化学、生物、医学等。 光学实验技术：观察基本光学现象，学习和掌握
光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的光 学实验技能。 光学实验：仪器精密，调节复杂，只有在了解仪 器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选 择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正 常的工作状态。 理论联系实际：在光学实验过程中，仪器的调节 和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论 的指导。
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。
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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；