双棱镜测量波长的实验改进及调节技巧-毕设论文.docVIP

中文摘要 本文首先介绍了双棱镜测量波长的基本的装置和原理及一般的操作步骤及方法，随后分析双棱镜测量波长的实验所引起的系统误差分析，及实验过程中遇到的操作困难等问题，针对这些问题，分别采取不同的实验改进方法对实验进行优化从而减少误差及减少操作的困难。 关键词 ：双棱镜 波长 干涉 虚光源 误差 二次成像法 等位移法 ABSTRACT Key Words ：biprism wavelength interference virtual light source error the secondary imaging method 1． 双棱镜测量光波长的背景 利用菲涅尔双棱镜测量光波波长实验是大学物理实验中的基础实验，通过实验可以让学生掌握用菲涅尔双棱镜获得双光束干涉的方法，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. 双棱镜干涉实验的装置和原理 2.1 双棱镜双棱镜外形结构如图1 所示, 将一块平玻璃板上表面加工成两楔形面, 端面与棱脊垂直, 楔角较小, 一般在30′- 1°之间。 2.2 双棱镜干涉实验中所用的仪器有双棱镜，可调狭缝，辅助透镜(两片)，读数显微镜，光具座，白屏，钠灯，原理如图1，双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象，由S发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，相当于从两个虚光源S 和S 射出的两束相干光。这两束光在重叠区域内产生干涉，在该区域内放置的读数显微镜中可以观察到干涉条纹。 图1 双棱镜干涉原理图 2.3 根据光的干涉理论能够得出相邻两明(暗)条纹间的距离为： 也就是： 中是光波的波长，d是两个虚光源之间的距离，D是虚光源到接收屏之间的距离，是干涉条纹的间距。 利用双棱镜测量光波的波长，只要测出虚光源到接收屏之间的距离D（可以在光具座中直接读出可调狭缝到读数显微镜之间的距离近似为虚光源到接收屏之间的距离），从读数显微镜中直接测出干涉条纹的间距。 两个虚光源之间的距离无法直接测量出来，可以通过以下的方法，间接测出两个虚光源之间的距离，利用透镜成像法求出两个虚光源之间的距离d： 保持狭缝与读数显微镜的距离不变，并且满足，在狭缝与读数显微镜之间放一凸透镜Q，凸透镜Q的焦距为，移动凸透镜，可以在读数显微镜中分别看到放大的实像和缩小的实像。 如图2中，凸透镜对两虚光源成缩小的实像，两像之间的距离为d1 ，由相似三角形的几何关系得到： ,得到 如图3中，凸透镜对两虚光源成放大的实像，两像之间的距离为d2 ，由相似三角形的几何关系得到： ,得到-----------② ①②得到，开方得到 所以，只要测出缩小实像间距离d1和缩小实像间距离d2，就可以测出两个虚光源之间的距离。 3. 实验中所遇到的困难 3.1 采用双棱镜干涉法测光波波长是大学物理实验的一个典型实验，虽然所用仪器很普 通，但整个实验过程对学生的动手能力的要求很高。很多学生不能在规定的时间内完成。经过调查和自身的经验，实验中的困难一般有以下几个方面 调不出干涉条纹； 将测微目镜远移双棱镜后，干涉条纹中心区向上或向下漂移； 采用共轭法测虚光源间距时，只观察到一个像(一般为缩小像)，无法观察到一大小两个像； 调节出来的大小像只有一条亮线 很难认清楚放大像和缩小像到底哪个是清晰的像，而且有时候得到的亮线不是直线而是有点弯曲的，而且亮线的边缘不清晰。 调节放大像和缩小像的时候，所得到的像无法进入读数显微镜内进行测量。 测量得到的实验数据千差万别。 3.2 针对以上的困难进行分析 1.2.1 调不出干涉条纹 调不出干涉条纹主要来源于以下三方面： a、光具座上各光学器件“等高同轴”没调好； b、狭缝的宽度太宽； c、狭缝与双棱镜棱脊不平行。 d、干涉条纹没有进入读数显微镜的视场中。 e、将侧微目镜远移双棱镜后，干涉条纹中心区向上或向下漂移。调节出来的大小像只有一条亮线。调节