预习思考题_用双棱镜测钠光波长
预习思考题_用双棱镜测钠光波长
北京师范大学物理实验教学中心 基础物理实验 预习思考题
【实验题目】用菲涅耳双棱镜测量钠光波波长
1． 双棱镜是怎样实现双光束干涉的？干涉条纹是怎样分布的？干涉条纹的宽度、在视野中
的数目由哪些因素决定？
试验原理：菲涅尔双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。
若置单色单色光源S0于双棱镜的正前方，则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。
由于S1和S2是两个相关光源，所以若在两束相重叠的区域内放置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。
干涉条纹的分布：基本成等宽分布。
条纹宽度：干涉条纹的间距与光源的波长成正比。
条纹数目影响因素：在视野中的数目由光源的波长和光源、双棱镜和屏幕之间的相对距离决定。
2． 在实验时，双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为什么狭缝很窄时,才可以得到清晰的
干涉条纹？
放一狭缝：保证通过双棱镜折射的两束光来自同一光源，射出的两束光是相干的。
狭缝要很窄：如果狭缝不够窄，来自狭缝两个边缘的光会分别通过双棱镜折射，不能保证光源的相干性。
3． 光路调整的基本原则是什么？
狭缝、凸透镜、目镜、透镜、双棱镜等各个元件等高共轴。
4． 画出光路图，试证明公式21'd d d 。
（d ′为两虚光源的距离；d1、d2分别为两个虚光
源的放大的像和缩小像的距离）
成绩（满分20 分）：。
用双棱镜干涉测钠光波长
图38-1
图38-2
菲涅耳利用图38-1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38-2 所示，将一块平玻璃板的—个表面加工成双楔形板。 端面与棱脊垂直，楔角A较小(一般小于1o)。从单 色光源发出的光经透镜L会聚于狭缝S，使S成为较 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发出的一样，满足相干光源条 件，因此在两束光的交叠区域内产生干涉。当观察 屏P离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行与狭 缝S的、明暗相间的、等间距干涉条纹。
(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距d。参见图38-3， 保持狭缝S与双棱镜AB的位置不变，即与测量干涉条纹间 距时的相同，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为 的会聚透镜，移动测微目镜使它到狭缝S的距离，，然后 维恃恒定。沿光具座前后移动透镜，就可以在的两个不同 位置上从测微目镜中看到两虚光源经透镜所成的实像，其 中—组为放大的实像．另一组为缩小的实像。分别测得两 放大像的间距和两缩小像的间距，则按下式即可求得两虚 光源的间距d。多测几次，取平均值。 （38-2）
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AB，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)在看到清晰的于涉条纹后，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，间距也将减小．这对d 的测量不利。)
图3
(4) 用所测得的值．代八式(38-1)，求出光 源的波长。 (5) 测量两虚光源的间距ｄ，还可用另一种 方法。经计算可得。式中，A为双棱镜的锐 角，R为狭缝与双棱镜的距离，ｎ为玻璃棱 镜的折射率。
双棱镜干涉测光波波长
/d U ud x D d ⋅=∆=，λ，UDx u d x D d ∆=∆=/λ222/22)()()()()(/v u u u du x u D u u v u d x D +++∆+=∆λλ双棱镜干涉测光波波长[预习思考题]1、公式 中各量的物理意义是什么？实验中需测哪些物理量？答：二式中各量的物理意义：λ是待测光波长；d 是狭缝的两个虚像之间的距离；D 为狭缝到观察屏的距离；ΔX 为干涉条纹间距；U 为物距（狭缝到透镜的距离）；υ为像距（透镜到测微目镜的距离。
目镜视场中有d 的像）； d ／为虚光源间距d 的像。
实验中需要测量的量有：D 、ΔX 、U 、υ、d 。
2、导出λ的不确定度传播式。
解：对上式取对数，求偏导，作方均根处理后即可得到：3、导轨上的光学器件都等高共轴后，仍看不到干涉条纹，可能的原因主要有哪两个？答：① 狭缝过宽；② 双棱镜棱脊未与狭缝平行。
4、使用测微目镜时应注意什么？答：① 消除目的物与叉丝之间的视差（二者处于同一平面）；② 消除空回误差（鼓轮应沿一个方向转动，中途不能反转）；③ 叉丝的移动范围必须控制在毫米标度线所示的区域内（视场中的，dD λ，x Dd∆=λ0～8mm 以内），以防损坏读数机构。
[实验后思考题]1、为什么双棱镜的折射角α必须很小？答：双棱镜的折射角α如过大，形成的虚光源的像就大而散，导致干涉条纹不清晰；另外，干涉条纹间距ΔX= 若折射角α增大，虚光源间距d 就随之增大，ΔX 就会变小,ΔX 太小则无法分辨，故双棱镜折射角α一般为0.5°～1°。
2、根据实际情况，说明狭缝宽度与干涉效果的关系。
答：狭缝过宽，则干涉条纹不清晰；狭缝过窄，又会因光通量太少使视场过暗，干涉条纹亮处不亮。
3、移动双棱镜，增大或缩小双棱镜与狭缝的间距、干涉条纹的疏密将如何变化？为什么？答：当狭缝和测微目镜都固定后，若增大双棱镜与狭缝的距离，干涉条纹将变密，反之变稀。
试验八用双棱镜干涉测钠光波长
双棱镜干涉菲涅耳双棱镜实验是一种分波阵面的干涉实验，实验装置简单，但设计思想巧妙。
它通过测量毫米量级的长度，可以推算出小于微米量级的光波波长。
1881年菲涅耳用双棱镜实验和双面镜实验再次证明了光的波动性质，为波动光学奠定了坚实的基础 一、实验目的1. 观察双棱镜产生的双光束干涉现象，进一步理解产生干涉的条件；2. 学会用双棱镜测定光波波长。
二、实验仪器双棱镜、扩束镜、辅助透镜(两片)，测微目镜、光具座、白屏、激光光源三、实验原理将一块平玻璃板的上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1︒)(如图1)。
从激光器S 发出的光经扩束镜到达狭缝S ，使S 成为具有较大光亮度的线状光源。
当狭缝S 发出的光波投射到双棱镜AB 上时，经折射后，其波前便分割成两部分，形成沿不同方向传播的两束相干柱波。
通过双棱镜观察者两束光，就好像它们是由虚线光源1S 和2S 发出的一样，故在两束光相互交叠区域1P ，2P 内产生干涉。
如果狭缝的宽度较小且双棱镜的棱脊和光源狭缝平行，便可在白屏P 上观察到平行于狭缝的等间距干涉条纹如(图2)。
将白屏放到1P 、2P区域中的任何位置，均可以看到明暗交替的干涉条纹。
设'd代表两虚光源1S 和2S 间的距离，d 为虚光源所在的平面(近似的在光源狭缝S 的平面内)至观察屏P 的距离，若观察屏中央O 点与1S 、2S 的距离相等，则由1S 、2S 射束的两束光的光程差等于零，在O 点处两光波互相加强，形成中央明条纹；其余的明条纹分别排列在O 点的两旁。
假定Q 是观察屏上任意一点，它离中央点O 的距离为x 。
在'd d =时，121Δ'S S S 和ΔS O Q可看做相似三角形，且有δ'x d d=(因Q S O ∠很小，可用直角边d 代替斜边)， 当 'δλx d k d==(0,1,2,3k =±±±…）或λ'd x k d ==(0,1,2,3k =±±±…）则两光束在Q 点相互加强，形成明条纹。
用双棱镜测钠光波长
实验八 用双棱镜测钠光波长【实验目的】：1.观察双棱镜产生的光的干涉现象和特点，掌握获得双束光干涉的一种方法，进一步理解产生干涉的条件。
2.用双棱镜测定钠光的波长；3.学习测微目镜等光学仪器的使用与调整方法。
4.观察光的干涉现象【实验仪器】：双棱镜、可调狭缝、辅助透镜、测微目镜、光具座、白屏、钠光灯。
【实验原理】：由双棱镜干涉条件，光源发射的单色光经会聚透镜后会聚于单缝S 而成线光源，光从S 发出经双棱镜后，形成二虚光源S 1、S 2，该虚光源所发出的光满足干涉条件，在交迭区内产生干涉，成为平行于狭缝的等间距干涉条纹，由此可得：xDd ∆=λ 其中：λ ：光源之波长。
∆x ：干涉条纹的间距。
d ：虚光源S 1、S 2间距。
D ：虚光源（狭缝S ）至观察处之距离。
∆x ：可由测微目镜测量求出；D ：可由光具座标尺读数读出；d ：由二次成像法求出： 21d d d =其中：d 1、d 2为辅助透镜二次成像成像到测微目镜分划板的二虚光源S 1、S 2之间的距离。
【实验步骤与内容】：一、测钠光波长：1．按实验要求安置光学元件，进行共轴调节 ，使光束能对称地照射于双棱镜之棱脊上；2．调节测微目镜，使之能观察到清晰的干涉条纹；3．按要求测量n 条条纹间距x ，测量5—7组数据（填入记录表格）。
测虚光源到测微目镜之距离（单次测量） D ， ∆ D （填入记录表格）。
按二次成像法测d 1d 2测量3—5组数据（填入记录表格）二、数据处理要求：参照相关教材不确定度计算举例处理数据。
【注意事项】：1.严格进行共轴调节该实验对共轴性要求非常严格，调节时可用白屏在外观察双缝所产生之光束是否亮波均匀，狭缝宽度必须适当；2.测微目镜读数时，必须顺一个方向旋转，以免产生回程误差；3.旋转读数鼓轮时，动作要平稳、缓慢。
4.测虚光源到测微目镜之距离时要注意修正值。
复习思考题：1、双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为什么狭缝要很窄才可以看到清晰的干涉条纹？2、试证明公式21'd d d。
大学物理实验答案2
实验二十七 动力学共振法测定材料的杨氏弹性模量【预习题】1．外延测量法有什么特点？使用时应注意什么问题？答：所谓外延测量法，就是所需要的数据在测量数据范围之外，一般很难测量，为了求得这个数，采用作图外推求值的方法。
具体地说就是先使用已测数据绘制出曲线，再将曲线按原规律延长到待求值范围，在延长线部分求出所要的值。
使用外延测量法时应注意：外延法只适用于在所研究范围内没有突变的情况，否则不能使用2．悬丝的粗细对共振频率有何影响？答：在一定范围内，悬丝的直径越大时，共振频率反而越小。
因为共振频率与阻尼的关系为2202βωω-=，悬丝直径大时，阻尼相应较大，即β大，则共振频率应该较小。
当然，悬丝直径也不可过粗，太粗的悬丝对于棒振动时振幅的影响很大，即2222204)(p p mA ωβωω+-=变小，而不利于信号的拾取。
【思考题】1．在实际测量过程中如何辨别共振峰真假？答：理论上认为，“改变信号发生器输出信号的频率，当其数值与试样棒的某一振动模式的频率一致时发生共振，这时试样振动振幅最大，拾振器输出电信号也达到最大”。
实验中，并非示波器检测到信号峰值处频率都为样品棒的共振频率，由样品支架和装置其它部分的振动也会导致示波器检测到极值信号。
因此正确真假判别共振信号对于测量相当重要。
真假共振峰的判别方法有好几种，如预估法和撤耦法，预估法指利用已知的金属杨氏模量，利用公式估算出共振频率，撤耦法指用手托起试样棒，此时拾振信号应消失，反之为假信号。
预估法和撤耦法结合起来用比较好：预估法可判断出共振频率的大致范围，而撤耦法则可做进一步精确判断。
另外，还可以在不放铜棒的情况下先做一个粗略检测，即将可能的干扰信号频率做一个排除。
2．如何测量节点的共振频率。
答：从实验装置图中可以看出，试样振动时，由于悬丝的作用，棒的振动并非原理中要求的自由振动，而是存在阻尼下的受迫振动，所检测共振频率随悬挂点到节点的距离增大而增大。
若要测量（27-1）式中所需的试样棒基频共振频率，只有将悬丝挂在节点处，处于基频振动模式时，试样棒上存在两个节点，它们的位置距离分别为0.224L 和0.776L 处。
斐涅耳双棱镜干涉测波长实验
微目镜的共轴调节。 2．观察衍射图样 将测微目镜由近及远向远离圆孔方向移动，观察并记录衍射图样的变化。 注意：用测微目镜观察衍射图样前，必须插入并转动偏振片使出射光减至最
弱，再根据观察需要适当调整光强； 3．测量激光波长 把测微目镜置于距衍射屏（圆孔）1~1.5m处，测量并记录中心亮斑的直径d
和衍射屏到观察屏的距离D（均只作单次测量）；已知圆孔直径约为 0.5mm（准确值需用读数显微镜测量）。 4．数据处理 （1）记录并叙述当接收屏逐渐远离时，圆孔衍射的观察结果； （2）由圆孔衍射的测量数据计算激光波长，并与标称值进行对比。 不要求计算不确定度，但要给出正确的有效数字。 5．选做实验 （1）利用本实验装置测定细丝的直径。 （2）研究圆孔的费涅耳衍射并用于测波长。要求见现场说明，方法自拟。
测出成缩小像和放大像时的物距S、S'，则物到像屏之间距离（即虚光源到测微
目镜叉丝分划板之间距离）D=S＋S'。根据式（4-67），得波长与各测量值之间
关系为
x bb
（4-68）
（3）光路组成
S S
图4-77 双棱镜实验光路图本实验的具体光路布置如图4-77所示，S为半导体激光器，K 为扩束镜，B为双棱镜，P为偏振片，E为测微目镜。L是为测虚光源间距a所用 的凸透镜，透镜位于L1位置将使S1、S2在目镜处成放大像，透镜位于L2位置虚 光源在目镜处成缩小像。所有这些光学元件都放置在光具座上，光具座上附有 米尺刻度，可读出各元件的位置。
斐涅耳双棱镜干涉测波长---实验内容
4. 设计性实验（选做） 用双孔杨氏干涉测量光的波长。方法自拟。
斐涅耳双棱镜干涉测波长--- 预习思考题
用双棱镜测钠黄光波长
评阅教师签字： 在实验室预习的时间
批改时间： 在实验室预习好后 指导教师签字
次数 1 2 3
狭缝 （cm）
目镜 （cm）
D
（cm）
x （mm）
一、 实验目的
2、 测量两虚光源间的距2 3
透镜 （cm）
l (mm)
a（cm）
起 至 平均
b（cm）
l （cm）
六、预习思考题
实验总评成绩
四、 实验内容及步骤
重庆科技学院大学物理实验报告
第 课程名称 大学物理实验 实验项目名称 个实验报告
用双棱镜测钠黄光波长 实验日期 指导教师
开课院系及实验室 姓名 教师评语：
数理系大学物理实验教学中心 专业班级 学号
五、数据记录表格
1、测量条纹的间距 位置 双棱 镜 （cm） 8 x (mm) 起 至 平均
1． 实验中干涉条纹的间距与哪些因素有关？当 s 和 B 的距离加大时，条纹间是变小还是变大？试 说明之。
三、 实验仪器(型号、量程、精度或仪器误差等)
2．实验中干涉条纹的宽度和哪些量有关？为获得宽度合适的干涉条纹应如何调节？
八、数据处理
七、数据记录
九、实验结果与分析
十、实验小结与体会
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北京师范大学物理实验教学中心 基础物理实验 预习思考题
【实验题目】用菲涅耳双棱镜测量钠光波波长
1． 双棱镜是怎样实现双光束干涉的？干涉条纹是怎样分布的？干涉条纹的宽度、在视野中
的数目由哪些因素决定？
试验原理：菲涅尔双棱镜可以看成是有两块底面相接、棱角很小的直角棱镜合成。
若置单色单色光源S0于双棱镜的正前方，则从S0射来的光束通过双棱镜的折射后，变为两束相重叠的光，这两束光仿佛是从光源S0的两个虚像S1和S2射出的一样。
由于S1和S2是两个相关光源，所以若在两束相重叠的区域内放置一个屏，即可观察到明暗相间的干涉条纹。
干涉条纹的分布：基本成等宽分布。
条纹宽度：干涉条纹的间距与光源的波长成正比。
条纹数目影响因素：在视野中的数目由光源的波长和光源、双棱镜和屏幕之间的相对距离决定。
2． 在实验时，双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为什么狭缝很窄时,才可以得到清晰的
干涉条纹？
放一狭缝：保证通过双棱镜折射的两束光来自同一光源，射出的两束光是相干的。
狭缝要很窄：如果狭缝不够窄，来自狭缝两个边缘的光会分别通过双棱镜折射，不能保证光源的相干性。
3． 光路调整的基本原则是什么？
狭缝、凸透镜、目镜、透镜、双棱镜等各个元件等高共轴。
4． 画出光路图，试证明公式21'd d d 。
（d ′为两虚光源的距离；d1、d2分别为两个虚光
源的放大的像和缩小像的距离）
成绩（满分20 分）：。