双棱镜干涉实验.doc

双棱镜干涉实验【实验目得】 1掌握用双棱镜获得双光束干涉得方法，加深对干涉条件得理解2学会用双棱镜测定钠光得波长【实验仪器】光具座、白屏、单色光源钠灯、测微目镜、短焦距扩束镜、白炽灯、氦氖激光器、毛玻璃屏、滑块（若干个）、手电筒可调狭缝、双棱镜、辅助透镜、白屏、凸透镜（不同焦距得数个)。【实验原理】如果两列频率相同得光波沿着几乎相同得方向传播，并且它们得位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交得区域，光强分布就是不均匀得，而就是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱(甚至可能为零)，这种现象称为光得干涉菲涅耳利用图1所示得装置，获得了双光束得干涉现象图中AB就是双棱镜，它得外形结构如图2所示，将一块平玻璃板得一个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10)从单色光源发出得光经透镜L会聚于狭缝S，使S成为具有较大亮度得线状光源从狭缝S发出得光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们就是由虚光源S1与S2发出得一样，满足相干光源条件，因此在两束光得交叠区域图1 图2 P1P2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于狭缝S得、明暗相间得、等间距干涉条纹 设两虚光源S1与S2之间得距离为，虚光源所在得平面(近似地在光源狭缝S得平面内)到观察屏P得距离为，且，干涉条纹间距为，则实验所用光源得波长为 因此，只要测出、与，就可用公式计算出光波波长【实验内容】1调节共轴(1)将单色光源M，会聚透镜L，狭缝S，双棱镜AB与测微目镜P放置在光具座上用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊与狭缝S得取向大体平行(2)点亮光源M，通过透镜L照亮狭缝S，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后得光束，有否叠加区P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜?当移动白屏时，叠加区就是否逐渐向左、右(或上、下)偏移?根据观测到得现象，作出判断，进行必要得调节使之共轴2调节干涉条纹(1)减小狭缝S得宽度，一般情况下，可从测微目镜中观察到不太清晰得干涉条纹（测微目镜得结构及使用调节方法见实验基础知识有关内容）。绕系统得光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB，当双棱镜得棱脊与狭缝得取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰得干涉条纹(2)在瞧到清晰得干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹得宽度适当同时只要不影响条纹得清晰度，可适当增加狭缝S得缝宽，以保持干涉条纹有足够得亮度(注：双棱镜与狭缝得距离不宜过小，因为减小它们得距离，S1、S2间距也将减小，这对得测量不利)3测量与计算(1)用测微目镜测量干涉条纹得间距为了提高测量精度，可测出n条(1020条) 干涉条纹得间距x，除以n，即得测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹(或暗纹)得中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过n个条纹，读出两次读数重复测量几次，求出(2)用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏得距离由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜得分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果得系统误差测量几次，求出(3)用透镜两次成像法测两虚光源得间距参见图3，保持狭缝S与双棱镜AB得位置不变，即与测量干涉条纹间距时得相同(问：为什么不许动?)，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为得会聚透镜，移动测微目镜使它到狭缝S得距离，然后维持恒定沿光具座前后移动透镜，就可以在得两个不同位置上从测微目镜中瞧到两虚光源S1与S2经透镜所成得实像与，其中一组为放大得实像，另一组为缩小得实像分别测得两放大像得间距与两缩小像得间距，则按下式即可求得两虚光源得间距多测几次，取平均值图3 (4)用所测得得、值，代入式(7-1)，求出光源得波长(5)计算波长测量值得标准不确度【注意事项】(1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置得分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定(2)在测量值时，因为狭缝平面与测微目镜得分划板平面均不与光具座滑块得读数准线(支架中心)共面，必须引人相应得修正(例如，GP一78型光具座，狭缝平面位置得修正量为42、5mm，MCU一15型测微目镜分划板平面得修正量为27、0mm)，否则将引起较大得系统误差(3)测量d1、d2时，由于透镜像差得影响，将引入较大误差，可在透镜上加一直径约lcm得圆孔光阑(用黑纸)以增加d1、d2测量得精确度(可对比一下加或不加光阑得测量结果) 数据记录与处理:1. 测X干涉条纹序号123456干涉条纹位置/mm00、1350、2690、4280、5790、710干涉条纹序号111213141516干涉条纹位置/mm1、4391、5751、7091、8211、9952、05510X/mm1、4391、441、441、3931、4161、345 其中黑线为实验数据,红线为线性预测线由上表与上图可知条纹各间距基本相等,但第16序号数据产生较大问题,可能原因为:1. 使用测微目镜时反向旋转螺旋,造成回程差、2. 中心十字准星移到边缘遮挡光强瞧不太清楚、所以将错误数据排除其她数据产生得平均值为:0、1426mm2. 测单缝到测微目镜叉丝分划板得距离d、单缝位置40cm测微目镜位置88、3cmd048、3cm3. 测虚光源间距L两狭缝像位置读数/mm0、62/mm2、80L=2、20mm波长由=649=649nm与钠黄光得已知值589、3nm相差较大不确定度得计算已没有意义、实验值偏差大得原因;仪器与设计1. 各光器件难以精确调到共轴，带来较大误差、2. 测量d时两底座得距离不就是叉丝到单缝距离,悬空测量又会导致更大得误差、3. 由于狭缝平平面与测微目镜得分划板平面不与光具座得滑块得读数刻度线共面而引入得系统误差、操作 使用测微目镜时有反方向旋转得情况出现、 测量d时碰到单缝与测微目镜导致两仪器产生角度、 测量光源间距与x时人眼分辨率限制与疲劳错觉、 测量过程中，有零点误差、思考: 虽然本次实验失败了,但就是我学会了使用菲涅尔双棱镜测波长,同时对光得干涉与衍射有了更直观得认识,也体会了实验得严密与精确得重要性、 若将钠灯换为水银灯可能会产生七种颜色相间得干涉条纹、