《普通物理试验设计性试验方案试验题目用双缝干涉测玻璃片的折射率》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通物理试验设计性试验方案试验题目用双缝干涉测玻璃片的折射率（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、普通物理实验设计性实验方案实验题目 用双缝干涉测玻璃片的折射率班级：物理学2011级（1）班学号：姓名:XXXXXXXX指导教师：XXXXXXXX凯里学院物理与电子工程学院2013年3月用双缝干涉测玻璃片的折射率1801年，杨氏巧妙地设计了一种把单个波阵面分解为两个波阵面以锁定两个光源之间的相位 差的方法来研究光的干涉现象。杨氏用叠加原理解释了干涉现象，在历史上第一次测定了光 的波长，为光的波动学说的确立奠定了基础。在双缝实验中，入射光的波长那，用一厚h的透明薄片盖着S1缝，中央 明纹位置从0点向上移到01点，其它条纹随之平动，但条纹宽度不变。不加透明薄片時， 出现第K级明纹，加了透明薄片后有
2、如下关系：一、实验要求1实验方法的论证。2实验仪器的论证。3.要求。二、实验目的1. 了解双缝干涉的原理及干涉图样。2. 用双缝干涉测玻璃片的折射率。三、实验原理1.双缝干涉在垂直于纸平面的方向置一小孔S,由一定距离处的单色光源（通常采用钠光灯）照明通过针孔S后的光再通过两针孔S1和S2。S1和S2平行于S,也垂直于纸平面。S1和S2距离约半毫米，并且他们到S的距离相等。由S1和S2辐射的波将在像屏上出现干涉图样。图1杨氏双缝干涉实验示意图图1dy由图中可以看出，该装置的光程差 =r2- rl,可得v r=2k-(2k-+i当-F眇加强涉削列（k=0，1，2）（1）由（1）式我们可以求得:士
3、kz lli(2k+ I 2 d明纹中心暗纹中心（k=0，1，2）（2）由（2）式可以求得相邻明（暗）条纹间距为- o2测玻璃片的折射率用透明薄片盖着S1缝，中央明纹位置从P （图2）。点向上移到P点，其它条纹随 之平动，但条纹宽度不变加透明薄片后，光路的光程为r - h = r i （口 _ RhP点是中央明纹，两光路的光程差应等于0* =心-人 | 5 - l)fr = 0= (n - i)hh- = 不加透明薄片时，出现第K级明纹的条件是：由上面两式可得：他4.(3(4因为K的值不一定刚好是整数，所有不能准确的得到K，当我们设两个亮条纹之间的距离为L, K=1时，则条纹移动的距离:d=K
4、L所有得：亍(5四、实验方法的论证方法一；用迈克尔孙干涉仪测量玻璃片的折射等厚干涉图样当反射镜、口不完全垂直，致使成一小的交角时（图3）,这 时将产生等厚干涉条纹。当光束入射角足够小时，可由式（1）可求两相干光束 的光程差：古一 2汁$ $ 24 I 2前几一卜 27 1 - - 2d- d6 I 2丿I 2丿在V、的交在线，：;，即，因此在交线处产生一直线条纹，称为中央条纹。如果反射镜和口的距离-很小，满足则这时:对光程差的影响可忽略不计，式（4）成为-：J（7）即光程差只取决于，干涉条纹就是几何距离相等的点的轨迹。因此，这种干 涉条纹称为等厚干涉条纹，干涉条纹定域于空气膜表面附近。当订较大
5、，倾角对光程差的影响不能忽略时，一定级次的干涉条纹光程差的 变化应为零，于是有-I 八 i ：i -、- :（8）由此可见，倾角增大即：-，倾角对光程差的贡献为负值，只有厚度的增 大来补偿，才能使光程差保持常量。所以条纹逐渐变成弧形，而且弯曲方向凸向中 央条纹。离交线愈远，1愈大，条纹弯曲愈明显。图3 等厚干涉图样变化规律如图3所示。由于干涉条纹的明暗和间距决定于光程差I与波长的关系，若用白光作光源， 则每种不同波长的光所产生的干涉条纹明暗会相互交错重叠，结果就看不见明暗相 间的条纹了。也就是说，如果用白光作光源，一般情况下不会出现干涉条纹。进一 步可以看出，在两面相交时，交线上：;，但是由于
6、I、-两束光在半 反射膜面上的反射情况不同，引起不同的附加光程差，故各种波长的光在交线附近 可能有不同的光程差。因此，用白光作光源时，在F、H两面的交线附近的中 央条纹，可能是白色明条纹，也可能是暗条纹。在它的两旁还有大致对称的有几条 彩色的直线条纹，稍远就看不到干涉条纹了。当光通过折射率为、厚度为的均匀透明介质时，其光程比通过同厚度的空 气要大1 门。在迈克尔逊干涉仪中，当白光的中央条纹出现在视场的中央后， 如果在光路I中加入一块折射率为；:、厚度为:的均匀薄玻璃片，由于光束I的往 返，光束I和在相遇时所获得的附加光程差为：此时，若将H镜向；板方向移动一段距离 ，则I、-两光束在相遇 时的光
7、程差又恢复至原样，这样，白光干涉的中央条纹将重新出现在视场中央。这 时所以 （10）根据式（8），测出“镜前移的距离，如已知薄玻璃片的折射率，则可 求其厚度；反之，如已知玻璃片的厚度，则可求出其折射率”。该试验在移动时不一定刚好达到最佳的位置，在反复旋转时存在一定的回 旋误差，不便消除。由于迈克尔逊干涉仪将两相干光束完全分开，它们之间的光 程差可以根据变化做各种变化，测量结果可以很精确。方法二；用薄膜测厚仪测量薄膜折射率SGC-10薄膜测厚仪，适用于介质，半导体，薄金属，薄膜滤波器和液晶等 薄 膜和涂层的厚度测量。该薄膜测厚仪采用new-span公司先进的薄膜测厚技术，基 于白光干涉的原理来测
8、定薄膜的厚度和光学常数（折射率n，消光系数）它通过 分析薄膜表面的反射光和薄膜与基底界面的反射光相干形成的反射谱，用相应的软件来拟合运算，得到单层或多层膜系各层的厚度d,折射率n,消光系数 k。该试验便于操作、误差也小，但实验的仪器昂贵不通用。方法三；用读数显微镜测量折射率在白纸上写一个中文字例如“国”字 放在显微镜的载物台上，显微镜中清晰 地看到“国”字，在游标尺上读出刻度值xO。把玻璃砖盖在字上，此时显微镜中 看不到“国”字。转动调焦手轮直至能清晰地看到“国”字，记下刻度值x，显 微镜镜筒上升的距离h=x0 -x。用游际卡尺测出玻璃砖的厚度d,代入公式，计算 折射率n。该方法可以比较快速的
9、测出结果，但他测量的精确度不高，误差相对较大。可 以用于初略的出测量某些要求不是很高的事物。五、方法选择用双缝干涉测玻璃片的折射率我们测量的是两个亮条纹的距离L,加上玻璃后条纹的移动距离d,玻璃的厚度h, 在这些量的测量中我的仪器都不需要移动读数，所有误差相对较小，所有仪器的价 格也相对便宜。六、实验仪器的论证因为在实验的过程中，由于光的波长很小，我们用眼睛直接看不到干涉的条 纹，我们必须接测微目镜来观察。因为观察的是条纹的级数，所有在测微目镜上没有B类偏差，只有A类偏 差。则有：U(C=U(A因为 ：；所有U(h = 0.05mm七、实验仪器及用具钠灯(波长为589nm)、光具座、可调狭缝、
10、双缝、辅助透镜、测微目镜、白 屏、待测玻璃薄片。八、测量条件由于实验的时候钠光进入测微目镜的光很弱，所有测量的环境比较黑暗，有利 于观察现象；九、实验内容与步骤1.调共轴 (1将钠灯放在光学平台的左端并打开钠灯;(2将f=50的透镜、可调节的狭缝、f=150的透镜依次的放置在轨道上，并且通过 在白屏上的像来调节让所有的光学元件共轴；(3将测微目镜放在轨道上，让f=150的透镜的最量时刻的像进入测微目镜。将双 缝放置在f=150透镜的的附近。2从测微目镜中观察干涉条纹，微调使干涉条纹处于最清晰，再移动十字叉丝测出 10个亮条纹的距离；3将双缝的一条缝用玻璃片当做，从测微目镜中观察并测出条纹移动的距离d；4. 用螺旋测微计测出玻璃片的厚道h；5. 处理数据；6. 得出结论。
