用双棱镜测量光的波长..doc

用双棱镜测量光的波长 一、实验目的： 1、验证光的波动性，了解波前分割获得相干光的原理； 2、通过用菲涅耳双棱镜对钠灯波长的测量，掌握光学测量的一些基本技巧，培养动手能力。 二、实验仪器 光具座，双棱镜，测微目镜，钠光源，可调狭缝 三、实验原理 菲涅耳双棱镜（简称双棱镜）实际上是一个顶角极大的等腰三棱镜，如图1所示。它可看成由两个楔角很小的直角三棱镜所组成，故名双棱镜。当一个单色缝光源垂直入射时，通过上半个棱镜的光束向下偏折，通过下半个棱镜的光束向上偏折，相当于形成和两个虚光源。与杨氏实验中的两个小孔形成的干涉一样，把观察屏放在两光束的交叠区，就可看到干涉条纹。 图1 其中，ｄ是两虚光源的间距，D是光源到观察屏的距离，是光的波长。用测微目镜的分划板作为观察屏，就可直接从该测微目镜中读出条纹间距△x值，D为几十厘米，可直接量出，因而只要设法测出ｄ，即可从上式算出光的波长，即 , =△xd/D （1） 测量ｄ的方法很多，其中之一是“二次成像法”，如图2所示，即在双棱镜与测微目镜之间加入一个焦距为?的凸透镜L，当D＞4?时，可移动L而在测微目镜中看到两虚光源的缩小像或放大像。分别读出两虚光源像的 图2 二次成像光路 间距ｄ1和ｄ2，则由几何光学可知： ｄ＝ （2） 四、实验装置 本实验装置由双棱镜、测微目镜、光具座、线光源和透镜等组成。测微目镜是用来测量微小实像线度的仪器，其结构如图3所示，在目镜焦平面附近，的一块量程为8mm的刻线玻璃标尺，其分度值为1mm（如图3（ｂ）中的8条短线所示）在该尺后0.1mm处，平行地放置了一块分划板，分划板由薄玻璃片制成，其上刻有十字准线和一对双线，人眼贴近目镜筒观察时，可同时看到这块分划板和玻璃标尺的刻线，如图3（ｂ）所示，分划板的框架与读数鼓轮相连，当读数鼓轮旋转时，分划板会左右移动：鼓轮每转一圈（100小格），分划板移动1mm（即每小格0.01mm）,测量微小实像时，先调节目镜与分划板间的距离，使能清晰地观察到分划板上的准线；然后调节测微目镜与待测实像的距离使实像也清晰并与准线无视差；以后旋转鼓轮使准线对准待测像的一边，读下此时玻璃标尺的读数和鼓轮读数；再旋转鼓轮使准线对准待测像的另一边，读下玻璃标尺的读数和鼓轮读数；最后把前后两次读数相减，即得待测像的长度。测微目镜的不确定度值为0.004ｍｍ，测量时应注意鼓轮必须同一方向旋转，中途不要倒退，以避免螺距误差。 图3 测微目镜结构 五、实验内容和步骤 1、观察双棱镜干涉现象 （1）打开光电源。在光具座上依次安放光缝、双棱镜、测微目镜，使两束光的光斑交叠区进入目镜的中心。（可用小纸片观察，判断交叠区是否进入目镜的中心） （2）减小狭缝的宽度至从测微目镜中刚能看到交叠区的亮光。 （3）缓慢调节狭缝的方向，直至与双棱镜的棱边平行，此时在测微目镜中应可观察到干涉条纹。 （4）改变光源、狭缝、双棱镜和测微目镜的位置，观察、记录与分析干涉条纹的改变情况。 2、测量钠灯黄光的波长 （1）估测透镜的焦距?。 （2）调节双棱镜的位置，使透镜与狭缝的距离小于2?，以便能用二次成像法测ｄ。 （3）以钠灯为光源，在条纹保持清晰的条件下，逐渐移远测微目镜，使条纹变宽而仍清晰。 （4）在测微目镜中读出5个以上条纹的间距，从而求得△ｘ值。重复测量5次以上。 （5）在光具座上分别读出测微目镜和狭缝的位置，由此算出D及其不确定度。（6）把测微目镜移到离狭缝略大于4?的位置。 （7）在测微目镜与双棱镜之间加上透镜L并前后移动，当两虚光源在测微目镜的分划板上清晰成像时，分别测出缩小像和放大像d1、d2。（注意：由于清晰成像的位置不易确定，故d1和d2都要移动透镜，反复测量5次以上求平均，以A类不确定度代替B1类不确定度。） （8）求出钠灯黄光的波长及其不确定度。 六、实验数据 钠光灯作光源，双棱镜干涉实验测钠光波长： 狭缝到白屏之间的距离 L=310cm d的求法(开根号) d1=1.86mm d2=2.51mm d=2.16mm 3、△X=（3.02—2.12）/10=0.9mm 4、带入公式计算得 627.096nm 钠光波长公认值nm，在允许误差范围内（±50nm） 七、注意 光具座上只能读出各基座中心位置的刻度，而测微目镜的分划板位置与其基座的中心位置并不重合，狭缝的位置与其基座的中心位置也不一定重合，因此，应对上述刻度值进行修正，才能得到D。