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1、在分光计中观察液体薄膜的等倾干涉C07储运 1彭彩霞胡思诗（浙江海洋学院，浙江舟山， 316000）摘要：本文用于检验“在分光计实现水薄膜的等倾干涉”实验的方法的可行性,按照实验步骤进行操作观察实验现象，并且拍摄照片。关键字：分光计；验证水薄膜等倾干涉引言： 光的等倾干涉是波动光学的主要内容之一, ，学习之中都是抽象的感念，“在分光计中实现水膜等倾干涉”实验提供了一种借助简单仪器形成等倾干涉现象，观察具体的干涉条纹，本实验用于验证其可行性和观看酒精薄膜的实验现象。1 实验器材及安装1.1学生型分光计(JJY 型 ) 、汞灯、两块直角三棱镜、滴管、清水，%95的酒精溶液。1.2实验时将各部分按图
2、1 组成实验光路 , 其中1 光源 ( 汞灯 ) ,2 平行光管 (卸去狭缝) 、3 分光计载物台,4 、5 两块玻璃直角三棱镜,6 液体薄膜 ,7 望远镜筒 ,8 观察位置。2 实验的方法和步骤如下:2.1按常规调节分光计, 即调节望远镜适合平行光，点亮汞灯，调节望远镜光轴与中心转轴垂直，调节准直管光轴与望远镜光轴重合。2.2用滴管吸入适量液体滴至一块直角三棱镜的斜面上, 然后与另一块直角三棱镜的斜面对压起来 , 稍加轻微研磨 , 去除可能存在的气泡，使两棱镜间形成一层均匀液体薄膜, 再用事先准备好的吸水纸拭去多余的水渍, 将夹有液体薄膜的棱镜置于分光计载物台上。2.3 取下准直管上的狭缝装
3、置 , 使光源的毛玻璃面紧挨准直管的进光口。此处不用狭缝装置, 是为了充分利用面光源的大小来增加干涉条纹的亮度，毛玻璃面紧挨进光口是为了减少杂光对观察区的影响。2.4 转动望远镜筒在视场中搜寻干涉条纹的图像, 寻找“在分光计中实现水膜等倾干涉”实现中的等倾干涉图像。干涉图样是以某点为干涉中心的明暗相间的同心圆环( 由于棱镜厚度的限制 , 此处的圆环非为完整圆) 。其中汞灯干涉条纹中的每一级都包含了紫、绿、黄、红等光谱线 ,这些正是汞灯光谱的特征, 并且每一级中都是红在内, 紫在外。2.5 分别利用水和酒精溶液进行实验，并拍摄图片。3 实验分析3.1 从光源 S发出的任意一条光线a（图1），经平
4、行薄膜上下表面反射后，成为两条平行的相干光 a1和a2， 再经透镜会聚于焦平面上一点P而发生干涉， 现来计算两条光线的光程差，设薄膜及上下介质的折射率分别为n2,n1,n1。( 如图 1)作CD 垂直于平行光 a1和 a2. 因为 P为平行光经过透镜以后的交点，CD 垂直于平行光，因此从CD 到P点的光程相等，所以这两条光线由于介质和路程不同而引起的光程差为式中 h是薄膜厚度， n1 n2则两条光线之间还有一附加的半波损失2/。所以两条光线间的总光程差因此相长，相消条件为相长干涉：（2）相消干涉： 2)12(sin2122 12 2jinnh j=1，2，3,对于一条光线的情形，k只能取某一个
5、整数。由此得出结论：一条光线最终形成一点P ，若光程差等于半波长的偶数倍，则p点为亮点； 若光程差等于半波长的奇数倍，则p点为暗点； 对于光源，相同频率的光叠加在一起就形成一条纹。汞灯干涉条纹中由于波长不同, 所以的每一级都包含了紫、绿、黄、 红等光谱线 , 这些正是汞灯光谱的特征, 并且每一级中都是红在内, 紫在外。由上面两式可以看出，对于指定的第j 级条纹来说， h愈大，jr愈大，而r就愈小；相反地， h愈小，jr也愈小，而r就愈大。即薄膜厚度n愈大，第 j 级条纹的线半径jr愈大， 条纹向外移动（扩张），同时，与第j+1 级条纹的间距r缩小，总的条纹变得密集。薄膜的厚度 h愈小，第 j
6、级条纹的线半径jr愈小，条纹向内收缩， 与第 j+1 级条纹的间距r拉大， 总的条纹变得稀疏。就是用力挤压棱柱，即薄膜厚度变小，条纹变宽的原因。图（3）4 实验结果4.1 水薄膜等倾干涉图片（1）4.2 乙醇薄膜的等倾干涉图片（2）5 结论5.1 通过按照以上步骤操作，本实验观察到的水薄膜实验图像如图片（1）所示，没有看到明显的圆条纹等倾干涉图像如图（3）（为“在分光计实现水薄膜的等倾干涉”实验图像），只看见有颜色相间的彩色条纹图像，中间稀疏，外围密集，没有特别弯曲近似圆形的条纹，仅偶尔出现过很小弧度的条纹，有紫、绿、黄、红颜色条纹，但除蓝，黄以外颜色区分不明显。5.2 本实验利用酒精做薄膜进
7、行上述操作观察实验现象如图片（2）所示，通过图片（1）和图片（ 2）相比较可以看出，酒精图像条纹比水图像条纹细且密集，各种颜色区分更为明显。图片中由于在用数码相机拍摄时光线的干扰和打印设备的问题颜色有变化。5.3 在实验中调节分光计时汞灯就已打开，而不是在取下准直管上的狭缝装置的之后再打开。通过实验操作发现寻找观察图像的方位时转动载物台比转动望远镜容易快速，三棱镜的表面洁净，在制作薄膜的时候尽可能的排除气泡，图像就越清楚。5.4 实验在望远镜中观看时在光亮中心的一侧图像很明显, 在另一侧没有任何图像. 液体的折射率和薄膜制作的厚度对条纹的宽度有影响, 即折射率越小 , 薄膜越薄条纹越宽， 并且
8、条纹靠近中心的地方越稀疏越亮越容易看清楚。但始终不能观看到 “在分光计实现水薄膜的等倾干涉” 实验中图 （3）所示的图像，对于实验利用分光计来观察光的等倾干涉的方法, 所用的器材简单 , 易于操作 , 现象明显 , 很快就能找到圆条纹等倾干涉条纹图像，并能反映出某些动态过程的目的并未达到，即在分光计中不能观察到液体薄膜的圆条纹的等倾干涉。致谢：本文感谢芦立娟老师的精心指导！参考文献1 徐金宏拜爱萍 . 在分光计中实现水薄膜的等倾干射扬州教育学院学报2000 年第 3期2 李卓田瑞泓闫喜秋 . 关于等倾干涉圆条纹的几点讨论南都学坛 ( 自然科学版 ) 第19卷1999年第 6期3 谢谦 . 关于等倾干涉的讨论商洛师范专科学校学报第16卷2002年3月第 2期
