大学物理实验--第3部分 光学解析
第三部分光学
测定薄透镜焦距
⑴测凸透镜焦距的几种方法中,哪种方法测得的数据较为准确 ,哪种方法更为可行?
⑵平面镜法测透镜焦距中,前后移动平面镜有何作用?对测量结果有何影响?
⑶在光源和物之间为什么要加毛玻片?它应更靠近物体还是应更靠近光源?为什么?
⑷在商店欲买焦距为 10cm 的凸透镜,商店中有若干焦距为 10cm 、 15cm 、20cm 的凸透镜混杂在一起, 你用何方法尽快地挑选出你所需要的透镜?
凸透镜成象规律的观察和放大率的测定
⑴当 p< f时,凸透镜成虚象,这时却可用肉眼看到象,为什么?
⑵用直角坐标系方法讨论凹透镜成象。
衍射实验
⑴本实验测细丝的方法,往往因暗纹距离χ较小而造成较大的误差,若用已知直径的细丝在已知距离处所得到的衍射图样照片,作为待测细丝衍射图样的比较版来测量的话,将会大大地减少这种误差并使测量更简单迅速,说明这种测量方法需要测出什么数据才能知道细丝直径?为什么?
*⑵在光学的许多实验中为了得到平行光都要在光源前加一个透镜,在实验内容3中观察圆孔衍射也要加一个透镜,这个透镜的作用是什么?它应该具有什么特点?
⑶试讨论当光线不垂直墙面时,或细丝倾斜时对细丝直径测量的影响。
*⑷本实验测细丝直径要求是夫琅禾费衍射,要求细丝至屏为无穷远,现其间距仅为 1m 多,是否符合夫琅禾费衍射条件?
衍射法测微粒直径
⑴试说明本实验中由于利用了一对角度的光强比,给我们提供了哪些实用上的便利? 如果不用光强比将会产生什么样的困难?
⑵根据产生夫琅禾费衍射的条件及本实验的具体要求,在实验中要更注意什么?
⑶怎样才能把平行光管的光调为近似的平行光?
⑷由于杂散光的影响,有时在实验中,即使挡住平行光管的光,光点检流计的数仍不为零,而且由于杂散光在各个方向影响不同,因而使测量的数据受到很大影响,怎样消除这种影响?
分光计调整
⑴调节分光计时所使用的双面反射平面镜起了什么作用?能否用三棱镜代替平面镜来调望远镜? 全息光栅的制作
⑴若只有一个白光灯泡,如何用简易的办法估算一块光栅的常数?
⑵用分光计测量你所制光栅的常数,并与公式⑴所得值及上面的估算值作比较,讨论分析误差情况。
棱镜摄谱仪的调节和使用
⑴为什么底片匣要倾斜一个角?
⑵为什么要两遍调共轴?(不共轴会怎样?
⑶为什么要先拍氦谱?(先拍铁谱行不行?
⑷为什么拍完氦谱大遮板不能关闭?(结合测谱原理
⑸你拍摄的底片有哪些不理想的地方?你能讲出是什么原因造成的吗?
发射光谱的定性分析
⑴选待测氦谱的原则之一是其左右相邻的铁谱尽量靠近,为什么?
⑵摄谱时,为什么拍完氦谱不能关大遮板?摄谱全过程中为什么要近量减少振动?
发光强度的测量
⑴为什么要使光度计和灯泡等高?不等高可以吗?
⑵为什么光线要垂直进入光度计窗口?不垂直行不行?
投影仪和望远镜的设计与组装
⑴利用望远镜观察时,要求在 10km的距离上鉴别 100mm的距离,问能使用多大视放大率的望远镜?
⑵为何使用视放大率表示目视光学仪器的放大作用?
⑶用同一台望远镜观测不同距离的物体时,其视放大率是否会变?
迈克尔逊干涉仪
⑴测 He-Ne 激光波长时,要求 n 尽可能大,为什么?对测得的数据应采用什么方
法进行处理? ⑵如果把干涉仪中的补偿板 B 去掉,会影响到哪些测量?哪些测量不受影响?
红宝石的吸收光谱
⑴吸收系数与吸收率怎样区别?
⑵怎样测量有反射面的吸收体的吸收系数?
⑶怎样从荧光中除去激发光?
干涉法测微小量
牛顿环的中心级次是多少?亮斑还是暗斑?实验用的牛顿环是亮斑还是暗斑?
偏振光的研究
⑴两片 1/4波长片组合可否做成半波片?
⑵在确定起偏角时,找不到全消光的位置,根据实验条件分析原因。
旋光现象的观察和测量
在旋转检偏器观察罗兰片时,视场中会出现两次各部分亮度相同的位置,一次是亮视场,一次为暗视场,这两个位置灵敏度是否一样,应选择哪个位置?
光纤的几何参数和数值孔径的测量
⑴如何判断夹在载物台上的光纤端是否歪斜?
⑵如果纤心的中心和包层的中心不同心,这样的光纤有什么不好?
光纤传输损耗波谱的测量
⑴测量过程中,为什么要保持光纤在实验台上的状态不变?
⑵光纤输入端光功率和波长的关系曲线形状与什么因素有关?。
大学物理光学实验报告(二)2024
大学物理光学实验报告（二）引言概述：本文是关于大学物理光学实验报告（二）的文档。
光学实验是大学物理课程中非常重要的一部分，通过实验可以帮助学生巩固理论知识，并深入了解光学原理和现象。
本次实验主要包括室内实验和室外实验两个部分，分别探究了光的干涉、衍射以及偏振现象。
本文将从以下五个大点进行阐述。
一、双缝干涉实验在本部分中，我们首先会介绍双缝干涉实验的原理和装置。
随后，我们会详细描述实验的步骤和操作，包括测量光源到狭缝及狭缝到屏幕的距离、测量干涉条纹的间距以及改变光波长和狭缝间距对干涉条纹的影响等。
最后，我们会分析实验结果并得出结论。
二、杨氏双缝干涉实验在本部分中，我们将介绍杨氏双缝干涉实验的原理和装置。
然后，我们会描述实验过程，包括测量干涉条纹的间距、改变狭缝间距对干涉条纹的影响以及在不同光波长下观察干涉现象。
最后，我们会对实验结果进行分析和总结。
三、单缝衍射实验本部分将介绍单缝衍射实验的原理和装置。
我们会详细描述实验过程，包括测量衍射角度和衍射条纹的宽度、改变狭缝宽度对衍射现象的影响以及观察在不同波长下的衍射现象。
最后，我们会根据实验结果进行分析，并给出结论。
四、偏振实验在本部分中，我们将介绍偏振实验的原理和装置。
我们会描述实验的步骤和操作，包括观察线偏振光的特性、调节偏振片的角度以及观察偏振片对光波的影响等。
我们还会进行实验结果的分析，并得出结论。
五、室外实验在本部分中，我们将介绍室外实验的内容。
我们会详细描述实验的步骤和操作，包括观察大气衍射现象、测量太阳高度角以及利用反射现象观测物体的实际高度等。
最后，我们会对实验结果进行分析，并给出相应结论。
总结：通过本次大学物理光学实验，我们深入了解了光的干涉、衍射以及偏振现象。
我们通过双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、单缝衍射实验和偏振实验探究了这些现象的原理和特性，并通过室外实验观察了大气衍射现象和反射现象等。
通过实验的操作和数据分析，我们对光学原理有了更深刻的理解，并得出了相关结论。
大学物理光学实验部分
0I ϕI ϕI )2( λϕπβaSin =大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、 实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。
二、 实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。
亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n 级亮条纹。
暗条纹依次是1级、2级…..n 级。
设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角 ϕ 为的一处光强为220sin ββII = （1）1.当)0(0==ϕβ时，0I I =ϕ；称为主极大或零级亮条纹。
2.当)2,1(⋅⋅⋅⋅±±==m m πβ，即am Sin λϕ=时，0=ϕI ，出现暗条纹。
暗条纹在a m λϕ=的方向上。
主极大两侧暗条纹之间的夹角aλϕ2=∆，其余暗条纹间的间距为aλϕ=∆。
3.其他亮条纹的位置：()322/2ββββββββSin Cos Sin Sin d d -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ 极大值。
取时，即 ,0I tg Sin Cos βββββ==- 可得：⋅⋅⋅±±±=πππβ47.346.243.1，，即：)3(47.3,46.2,43.1 aa a λλλϕ±±±=亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………4.总结： ϕSin-2a λ -1.43a λ -a λ 0aλ1.43aλ2aλ ϕI0 -0.047 00I0 0.047 0四、 实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。
即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。
2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.3.观察单缝衍射现象 （1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。
大学物理-第三节薄膜干涉
l0
l N
2
2）测膜厚
n1
n2 si
sio2 e
eN
2n1
3）检验光学元件表面的平整度 4）测细丝的直径
空气 n 1
e
b
b'
e b' 1
b2 3 2 6
nd
n1 L
b
d L
2n b
2.牛顿环 由一块平板玻璃和一平凸透镜组成
d
光程差
Δ 2d
2
牛顿环实验装置
显微镜 T
A
F
o
B
焦平面
A
F' B
二、 等倾干涉
n2 n1
CDAD
sin i n2
sin n1
1
M1 n1 n2
M2 n1
L 2
iD
3
A C
B
E
45
P
d
Δ32
n2
(
AB
BC)
n1 AD
2
AB BC d cos AD AC sini 2d tan sin i
Δ32
2d cos r
n2
1 sin 2 r
(2)等倾干涉条纹是一组明暗相间的同心圆环，圆
环分布内疏外密；半径大的圆环对应的i大，δ小， 而干涉级 k 低。
(3) d增大，对应于同一级k级条纹，i增大，半径 增大，圆环中心处有圆环冒出；d 减小，圆环中 心处有圆环吞入。
当光线垂直入射时i 0
n1
当 n2 时n1
n2
Δr
2dn2
2
n1
当 n3 n2时 n1
r2 ) 2π( t
2 '
T
大学物理重点知识习题课解答-光学
300
600
S .. .. . . .. .. ..
I0
P2
I21
解:
P1 P3P1
P1
入射光通过偏振片I和II后,透射光强为
I1
1 2
I0
cos2
600
插入偏振片III后,其透射光强为
I2
1 2
I0
cos2
300
cos
2
300
I2 2.25I1
27
选择题1. 等倾干涉光程差公式 2d
为了12满I足0 线I偏0 振co部s2分振, 动方4向5在0 出射后“转
过”900,
只要第一个偏振片偏振化方向与入射光中线偏振
光的光振动方向夹角为450，第二个偏振片的偏振
化方向与第一偏振片偏振化方向夹角为450就行.
E
所以,只要两个偏振片就行.
P1
450
P127
I0
.
450 .
E
I0
P1
450
将有关数据代入可得
1
o
d 5 /n2 n1 8.0m
d
4
3。在折射率n3=1.52的照相机镜头表面涂有一层折射率
n2=1.38的MgF2增透膜,若此膜仅适用于波长 =550nm的
光,则此膜的最小厚度为多少?
n1 1
解：因为 光相干相
n2 1.38 d
综合效应。其中明条纹的位置由光栅方程决定，但各 明纹的强度受单缝衍射效应的调制，透射光能量的大 部分将分布在原单缝衍射中央明纹范围（中央包线） 内的各明纹上。
23
17、光栅明纹位置由d sin k 决定。单缝衍射极
小位置由 b sin k决定，当 时 ，光栅明纹
03大学物理实验-薄透镜焦距的测量-
实验题目：薄透镜焦距的测量
参考资料
海 网络资源：校网络教学平台/ 大
纳 道
百
致
川
远
（高教版）
实验6-1
（师大版）
实验二十
海 南 大 学 第1页，共14页。
《大学物理实验》 一、实验目的
1．学习透镜方面的基本知识。 2．掌握薄透镜的焦距的几种测量方法。
海 大
纳 道
百
致
川
远
海 南 大 学 第2页，共14页。
《大学物理实验》
二、实验原理
海 （一）薄透镜成像规律
A
纳
在近轴光线（指通过透镜中心并 与主光轴成很小夹角的光束）的
BF f
百
条件下，薄透镜的成像可表示为：
P
川
1 1 1 1
P P f
B' 大
F
道
P A' 致
远
式中P'为像距，P为物距，f 为(像方)焦距。各线距均 从透镜中心(光心)量起，与光线进行方向一致为正， 反之为负。
海 南 大 学 第5页，共14页。
《大学物理实验》
(4)二次成像法(共轭法)
P2
P'2
P1
若保持物屏与像屏之间的距离D不变
海
且D>4f,沿光轴方向移动透镜，可以在像屏
上观察到二次成像：一次成放大的倒立实像，
一次成缩小的倒立实像。如图2所示。在这
纳
种情况下，透镜的两个位置对于物与像屏连
线中点来说是对称的。物距为P1时，得到
海 南 大 学 第3页，共14页。
《大学物理实验》
（二）薄透镜焦距的测量原理
1.凸透镜的焦距测量
大学物理教案：光学基础理论与现象观察实验
大学物理教案：光学基础理论与现象观察实验引言大学物理是学生们在物理学领域的一门重要课程。
而光学是大学物理中的一个重要分支，研究光的特性和光的行为。
在本教案中，我们将介绍光学的基础理论和一些常见的现象观察实验，帮助学生们更好地理解和学习光学知识。
光学基础理论光的本质光既具有粒子性又具有波动性。
根据爱因斯坦的光量子理论，光可以看作是由一系列能量量子组成的粒子，称为光子。
而根据赫兹和麦克斯韦的电磁理论，光可以看作是一种电磁波，具有振幅、波长和频率等特性。
光的传播光可以以直线传播，直到遇到物体发生折射、反射或散射等现象。
当光从一种介质（如空气）传播到另一种介质（如玻璃）时，会发生折射现象。
而当光遇到光滑的表面时，会发生反射现象。
而当光遇到粗糙的表面时，会发生散射现象。
光的干涉和衍射当两束相干光（具有相同的频率和相位）相遇时，会发生干涉现象。
干涉分为构造性干涉和破坏性干涉，取决于两束光的相位差。
构造性干涉会使光强增强，而破坏性干涉会使光强减弱或完全破坏。
衍射是光通过一个障碍物后发生的现象。
当光通过孔径的大小与波长的量级相当时，会出现衍射现象。
衍射会使光散开并产生一系列亮暗条纹。
光的偏振偏振是指光的振动方向的特性。
自然光是不偏振的，其振动方向在各个方向上均匀分布。
而线偏振光是具有特定振动方向的光，可以通过偏振片实现。
光学实验设计与操作在学习光学理论的同时，进行一些现象观察实验可以帮助学生更好地理解光学知识。
以下是几个常见的光学实验，可供参考。
实验1：光的折射现象材料： - 一个透明的玻璃杯 - 一支笔 - 一杯水操作步骤： 1. 在桌子上放置一个透明的玻璃杯，并将杯子填满水。
2. 将笔直立放在玻璃杯旁边，并观察笔在水中的折射现象。
3. 移动笔的位置，观察折射现象的变化。
实验原理：根据光的折射理论，当光从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光速不同，光会发生折射。
在这个实验中，水和空气是两种不同的介质，当光从空气通过玻璃杯进入水中时，光会发生折射现象。
南开大学姚江宏特色大学物理课件光学3-3
2 k '+ 1 l ( ne − no ) = klE λ = λ 2
2
k ' = 0,± 1,± 2, L
若去掉盒内电场，则没有光从 透出 透出。 若去掉盒内电场，则没有光从N透出。整个系统起 光开关”的作用。 “光开关”的作用。
20
∗克尔效应(电光效应) 克尔效应 电光效应) 电光效应 实验装置
α
Ao
O
8
偏振态的检验
步 骤 一 判断 操作 现象 两明 两零 线偏 振光 操作 把检偏振器迎着被检验光旋转一周 光强不变 自然光或圆偏光； 自然光或圆偏光； 转步骤二 光强两明两暗 椭圆偏振光
步 骤
在检偏器前插入λ/4片 在检偏器前插入λ/4片 在检偏器前插入λ/4片, 在检偏器前插入λ/4片,并使光 轴对着暗方位, 轴对着暗方位,再旋转检偏器 再旋转检偏器
11
2 2 2 A出⊥ = AeN + AON + 2 AON AeN cos δ ⊥
= 2 A 2 cos 2 α ⋅ sin 2 α (1 + cos δ ⊥ ) = 2 A 2 cos 2 α ⋅ sin 2 α [1 − cos δ ]
2 1.5 1 0.5 0 -10
δ = π ,3π ,5π ... 相干相长
00或900 α≠00 ,900,450
3. 偏振态的检验 (1) 自然光通过 波片 自然光通过1/4波片 仍然是自然光。 后，仍然是自然光。 (2) 振动方向和 1/4 波 片光轴垂直的线偏光， 片光轴垂直的线偏光， 出射的偏振态不变。 出射的偏振态不变。 (3) 椭圆偏光通过光 轴与其短轴方位一 致的1/4波片后 波片后， 致的 波片后，出 射线偏光。 射线偏光。 C A出 = A入 O C Ae A
普通物理实验(光学部分)教案
学会正确地表达和评价实验结果的方法，学会分析误差产生的原因和减小实验误差的途径，既加深了对实验理论的理解，又加强了对测量方法和仪器选择的理解。
五、本学期的教学安排
本学期2007级学生教育教学实习3周（第4-6周）。因此，拟开设8-9个实验（见计划），用2学时总结复习，机动2学时，期中考核和期末考试各占2学时。
四、 JJY 1＇型分光计的构造及调节要求（五步骤）
教学重点与难点：分光计的调节是重点；避免回程误差是难点。
教学过程：
1．讲授新课：
一、GJZ—15型光具座的构造及调节要求（共轴共面等高）
（1）光具座的结构。主体是一个平直有导轨，长1.5m，上面刻有标尺，导轨上还有可移动的滑块支架。
（2）光具座的调节。光学系统应符合或接近理想条件。因此，光具座上调节光学系统，必须满足两个条件：共轴，等高。
三、要求较高的实验素养
很多光学测量是实验者通过调节仪器，对目标的观察和判断后进行读数。因此，实验者的理论基础、操作技能的优劣、判断的准确程度都会使测量数据带有不同的偏离和分散，从而影响测量结果的可靠性。因此，实验者必须不断提高实验素养，排除“假象”和其他因素的干扰，力求客观正确地反映实际情况。
第二节 光学实验的内容
2．调节方法
（1）粗调
（2）细调
a．应用自准直原理调望远镜适合于平行光；
b．用逐次逼近法，调节望远镜光轴与中心转轴垂直（使观察平面与读数平面平行）；
c．将分划板十字线调成水平与垂直；
d．调节载物台，使其法线与旋转主轴重合；
e．平行光管的调节；
平行光管的狭缝必须在物镜的焦面上，平行光管的光轴应与望远镜的光轴重合。调节平行光管的倾度螺钉使水平分划线平分狭缝像，再转动狭缝像与分划板竖线平行。
《大学物理教程》郭振平主编第三章光的干涉知识点与课后习题答案
第三章 光的干涉一、基本知识点光程差与相位差的关系：2c L v λφπ∆=∆光的叠加原理：在真空和线性介质中，当光的强度不是很强时，在几列光波交叠的区域内光矢量将相互叠加。
相干叠加: 当两列光波同相时，即2k φπ∆=，对应光程差L k λ∆=，0,1,2,k =±±，则合振幅有最大值为max 12A A A =+，光强也最大；当两列光波反相时，即()21k φπ∆=+，对应光程差()212L k λ∆=+，0,1,2,k =±±，则合振幅有最小值为min 12A A A =-，光强也最小。
这样的振幅叠加称为相干叠加。
光的干涉：振幅的相干叠加使两列光同时在空间传播时，在相交叠的区域内某些地方光强始终加强，而另一些地方光强始终减弱，这样的现象称为光的干涉。
产生干涉的条件： ① 两列光波的频率相同；② 两列光波的振动方向相同且振幅相接近； ③ 在交叠区域，两列光波的位相差恒定。
相干光波：满足干涉条件的光波。
相干光源：满足干涉条件的光源。
获得相干光的方法：有分波阵面法和分振幅法。
分波阵面法: 从同一波阵面上分出两个或两个以上的部分，使它们继续传播互相叠加而发生干涉。
分振幅法: 使一束入射光波在两种光学介质的分界面处一部分发生反射，另一部分发生折射，然后使反射波和折射波在继续传播中相遇而发生干涉。
杨氏双缝干涉：图3-1杨氏双缝干涉实验装置如图3-1所示，亮条纹和暗条纹中心分别为D x kaλ=±，0,1,2,...k =：亮条纹中心 ()212D x k a λ=±-，1,2,k =：暗条纹中心式中，a 为双缝间距；D 为双缝到观察屏之间的距离；λ为光波的波长。
杨氏双缝干涉条件：a ≈λ；x <<D 。
杨氏双缝干涉条纹间距: 干涉条纹是等间距分布的,任意相邻亮条纹(或暗条纹)中心之间的距离1k k Dx x xa λ+∆=-=杨氏双缝干涉条纹的特点：(1) 以O点（0k=的中央亮条纹中心）对称排列的平行的明暗相间的条纹；(2) 在θ角不太大时条纹等间距分布,与干涉级k无关。
大学物理实验第二版第3册课后练习题含答案
大学物理实验第二版第3册课后练习题含答案前言大学物理实验是大学物理的重要组成部分，通过实验可以加深对物理知识的理解，并培养实验能力和科学精神。
掌握大学物理实验的技能对学生未来从事相关领域的工作和研究具有重要的帮助。
本文将为大家提供大学物理实验第二版第3册的课后练习题，其中还包含了答案供大家参考。
课后练习题实验一答案1.望远镜通过调节焦距可以使得远处的物体像变清晰。
2.擦拭物镜和目镜的透镜，调节合适焦距即可。
3.（略）实验二答案1.$sin\\theta_1=n \\cdot sin\\theta_2$2.$n=\\frac{sin\\theta_1}{sin\\theta_2}=1.48$3.（略）实验三答案1.声压级L的单位是分贝，$L=10log\\frac{p}{p_0}$，其中p0为参考压强，$p_0=2 \\times 10^{-5} Pa$。
2.$L_2-L_1=10log\\frac{p_2}{p_1}=10log\\frac{d_1^2}{d_2^2}=10log(\\frac{0 .58^2}{1.00^2})=-4.07dB$3.分贝的单位不仅可以用于声压级的表示，也可以用于其他物理量的表示，如电压、功率等。
实验四答案1.通过调节功率可以控制液晶显示屏的亮度，使其达到最佳显示效果。
2.（略）3.在夜晚使用液晶显示屏的亮度应该适当降低，以免刺眼的光线照射到车外影响其他驾车人的视线。
实验五答案1.环状光路的长度为$L=2\\pi r$。
2.通过调节镜头位置可以改变光路的长度，从而改变干涉条纹的位置和数量。
3.（略）实验六答案1.通过调节球面镜、平面镜的位置，以及反光板的角度可以改变光路的长度、方向，从而实现干涉实验。
2.洛伦兹-费歇实验可以测量电子的速度和能量。
3.（略）结语本文为大家提供了大学物理实验第二版第3册的课后练习题，其中还包含了答案供大家参考。
希望本文能够帮助大家更好地掌握物理实验的知识和技能。