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1、第一部分 绪论本实验指导书是根据光学实验课程实验教学大纲编写，适用于光信息科学与技术专业。一、 本课程实验的作用与任务光学实验课程是光信息科学与技术学生进行科学实验基本训练的一门必修基础课，与理论课具有同等重要的地位。它按照循序渐进的原则，使学生系统的学习物理实验知识、方法和技能，使学生了解科学实验的主要过程与基本方法，为以后的学习和工作莫定良好的基础。二、 本课程实验的教学基本要求：1在教学中适当的介绍一些物理实验史料，对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论的教育，使学生了解科学实验的重要性，明确物理实验课程的地位、作用和任务。2要求学生了解测量误差的基本知识，具有正确处理实验数据的初步能力。
2、其中包括：测量误差的基本概念，随机误差的估算，系统误差的发现和处理，测量不确定度，直接和间接测量的结果表示，有效数字，试验数据处理的常用方法等。三、 本课程实验教学项目及要求序号实验项目名称学时实验类别实验要求实验类型每组人数主要设备名称目的和要求1用自准法测薄凸透镜焦距3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台掌握光的可逆性原理测透镜焦距的方法 ；掌握光的可逆性原理的光路调节 2用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解、掌握两次成像法测凸透镜焦距的原理及方法3由物距像距法测凹透镜焦距3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台学会用物距像距法测凹透镜
3、焦距；掌握简单光路的分析和光学元件等高共轴调节的方法4自组投影仪3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解投影仪的工作原理和用途；掌握构建投影仪的光路和元件；测量投影仪的性能参数并与理论值比较5测自组望远镜的放大率3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台熟悉显微镜和望远镜的构造及其放大原理；学会测定显微镜和望远镜放大率的方法；掌握显微镜的正确使用方法，并学会 利用显微镜测量微小长度6杨氏双缝实验3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台观察杨氏双缝干涉现象，认识光的干涉；了解光的干涉产生的条件，相干光源的概念7菲涅耳双棱镜干涉3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台结合杨氏实验理解菲涅
4、耳双棱镜实验的原理，弄清有关物理量之间的关系；了解关于汞灯、干涉滤光片和测微目镜的使用常识8牛顿环3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解分振幅法产生等厚干涉现象的方法，加深对等厚干涉特点的理解；学会用牛顿环测定透镜曲率半径的方法9菲涅耳单缝和圆孔衍射3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台理解菲涅耳单缝和圆孔衍射的形成10光栅衍射3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解分光计的工作原理，掌握其调整方法；学会使用分光计和光栅测定光谱的波长11偏振光的产生和检验3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识；掌握产生和检验偏振光的原理和方法
5、12阿贝成像原理和空间滤波3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解付里叶光学基本原理的物理意义。加深对光学中的空间频谱和空间滤波等概念的理解13劳埃德镜干涉3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台观察洛埃镜干涉现象，熟悉洛埃镜干涉原理14夫琅禾费单缝衍射3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台观察单缝衍射现象，加深对衍射理论的理解学会用衍射法测量微小量15夫琅禾费圆孔衍射3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台了解圆孔的夫琅和费衍射现象；掌握用衍射测圆孔的直径的方法。 16菲涅耳直边衍射3专业基础必修验证2GSZ-2B型光学平台进一步了解菲涅耳衍射的原理和方法；了解和观察菲涅耳直边
6、衍射的现象和特点 第二部分 基本实验指导实验一 用自准法测薄凸透镜焦距一、实验目的1、掌握简单光路的分析和调整方法2、了解、掌握自准法测凸透镜焦距的原理及方法3、掌握光的可逆性原理测透镜焦距的方法 4、掌握光的可逆性原理的光路调节 二、实验原理（一）光的可逆性原理当发光点（物）处在凸透镜的焦平面时，它发出的光线通过透镜后将成为一束平行光。若用与主光轴垂直的平面镜将此平行光反射回去，反射光再次通过透镜后仍会聚于透镜的焦平面上，其会聚点将在发光点相对于光轴的对称位置上。光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。 借此原理可测量薄凸透镜的焦距，实验原理见图1-1 图1-1当物P在焦点
7、处或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物P处（记为Q）。因此，P点到透镜中心O点的距离就是透镜的焦距 f。 （二）自准法如图1-2所示，将物AB放在凸透镜的前焦面上，这时物上任一点发出的光束经透镜后成为平行光，由平面镜反射后再经透镜会聚于透镜的前焦平面上，得到一个大小与原物相同的倒立实像AB。此时，物屏到透镜之间的距离就等于透镜的焦距f。图1-2 自准法测薄透镜焦距光路图三、主要仪器及耗材1：白光源S（GY-6A） 6：三维调节架 (SZ-16)2：物屏P （SZ-14） 7：二维平移底座 (SZ-02)3：凸透镜L （f =190 mm） 8：三维平移底座 (S
8、Z-01)4：二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08） 9-10：通用5：平面镜M底座（SZ-04）四、实验内容和步骤（一）实验内容 1、光学系统共轴的调节。 2、利用可逆性原理测薄透镜的焦距，分别记下P和L的位置a1、a2；则焦距为 ：3、将透镜转过1800，记下P和L的位置b1、b2；则焦距为4、综合焦距为：（二）实验步骤 1、光路如图1-3所示，先对光学系统进行共轴调节，实验中，要求平面镜垂直于导轨；2、移动凸透镜，直至物屏上得到一个与物大小相等，倒立的实像；3、调M镜，并微动L，使像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；4、分别记下P和L的位置a1、a2；5、将P和L都转1800之后，
9、重复做前4步；6、记下P和L新的位置b1、b2；7、计算： ； 图1-3 实验装置图五、数据处理与分析1、实验数据记录表1-1，也可自拟表格；2、按表格中所列各项利用高斯公式计算出透镜的焦距。求出f及f后计算标准误差写成f=ff形式；3、分析实验结果，讨论误差形成原因。 表1-1 自准法 单位：厘米次数na1a2b1b2f123平均值f=_ _ _cmEf=_%六、实验注意事项、使用光学元器件要注意问题。例如，光学器件的镜面不要用手触及，光学器件易碎，要轻拿轻放，用完后光学器件要规整、整齐，放回原处等。2、调共轴时，应先用目测粗调，调节速度可更快一点。 3、物面、透镜面、平面镜三个平面相互平行
10、且垂直光轴。 4、注意读数应以器件的中心为标准。 七、思考题1、自准法测凸透镜焦距时，实验条件是什么？成像特点是什么? 2、如果物是物体而不是一点，则如何作自准直法测透镜焦距的光路图，如何判断物像重合。 3、透镜转过180后，所测焦距是否一样，为什么？ 5、自准法有哪些应用？ 实验二 用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距一、实验目的1、掌握光具座（光学平台）的使用方法，学会调节光学系统，使之共轴2、掌握用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距的方法3、掌握简单光路的分析和光学元件等高共轴调节的方法。二、实验原理图2-1如图2-1，取物体与像屏之间的距离L大于4倍凸透镜焦距f，即L4f,并保持L
11、不变。沿光轴方向移动透镜，则在像屏上必能两次成像。当透镜在位置I时屏上将出现一个放大清晰的像（设此物距为u，像距为v）；当透镜在位置II时，屏上又将出现一个缩小清晰的像（设此物距为u，像距为v），设透镜在两次成像时位置之间的距离为C，根据透镜成像公式，可得u= v，u=v又从图2-1可以看出： (2-1)式(4-1)称为透镜成像的贝塞尔公式。可知，只要测出了L和C的值，就可求得f。此方法避免了测量物距和像距时由于估计透镜光心的位置不准所带来的误差(因透镜的光心不一定与它的对称中心重合)，所以这种方法测焦距f ，既简便，准确度又较高。三、主要仪器及耗材1：白光源S 5：白屏H （SZ-13）2：
12、物屏P (SZ-14) 6：二维平移底座（SZ-02）3：凸透镜L (=190 mm) 7：三维平移底座（SZ-01）4：二维架(SZ-07)或透镜架(SZ-08) 89：通用底座（SZ-04）四、实验内容和步骤图2-2实验步骤1）按图2-2沿米尺布置各器件并调至共轴，再使物与白屏距离；2）紧靠米尺移动L，使被照亮的物形在屏H上成一清晰的放大像，记下 L的位置a1和P与H间的距离l ； 3）再移动L，直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下L的位置a2 ；4）将P、L、H转180（不动底座），重复做前3步，又得到L 的两个位置b1、b2 ；5) 计算： （2-2） （2-3） （2-4） （2-5）待测透镜焦距： （2-6）五、数据处理与分析1、按表格中所列各项利用高斯公式计算出透镜的焦距。求出f及f后计算标准误差写成f=ff形式；2、分析实验结果，讨论误差形成原因； 3、实验数据记录表1-1，也可自拟表格。表1-1 自准法 单位：厘米次数na1a2b1b2f123平均值f=_ _ _cmEf=_%六、实验注意事项1.测量物屏、透镜及像位置时，要检查滑座上的读数准线和被测平面是否重合，不重合时应根据实际进行修正。2.由于人眼对成像的清晰度分辨能力有限，所以观察到的像在一定范围内都清晰，加之球差的影响，清晰成像
