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1、 光学实验 课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：普通物理光学实验所属专业：物理学、原子核物理等课程性质：必修学 分：4（二）课程简介、目标与任务；光学实验是普通物理实验的最后一个阶段。经过前面两个学期的实验训练（力热实验、电磁学实验），对物理实验的基本原理、方法和手段有了初步的了解以后，本课程期对光学的主要原理、现象、应用以及基本的光学实验思想、方法和仪器等有一定程度的了解，并在此基础上，综合引申提高，为进一步的理论学习、实验训练和科学研究打下坚实的基础。（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；原则上选修该实验课程的同学应已经
2、按要求修完物理专业光学课程以及普通物理力学实验、普通物理电磁学实验并取得相应学分。对实验的数据处理，一般的实验方法、原理及仪器有相当程度的掌握。（四）教材与主要参考书。教 材：李健等，基础物理实验，兰州：兰州大学出版社，2012.主要参考书：杨葭荪译，光学原理，北京：科学出版社，1978. 钟锡华，现代光学基础，北京：北京大学出版社，2003. 吕斯骅，段家忯，基础物理实验，北京：北京大学出版社，2002. 朱鹤年，新概念物理测量引论，北京：高等教育出版社，2007.二、课程内容与安排（一）教学方法与学时分配实验课程，讲授与实验操作相接结合，根据学时要求安排若干必修实验题目和选修题目。必修每个
3、实验4学时，选修实验学时视具体内容而定，一般不低于每个实验4学时。（二）内容及基本要求绪论课：光学实验基础知识实验 一：薄透镜主焦距的测定 【实验目的】： 1、掌握薄透镜焦距测定的基本原理和方法，学会在光具座上的各光学元件的共轴调节； 2、掌握透镜的成像性质； 3、了解视差在光学实验中的应用。 【仪器用具】：光学导轨、光具座、白光光源（含滤光片及毛玻璃）、光屏、平面镜、被测透镜等。 【教学要求】：透镜成像规律，自准原理，共轴调节，判断误差、系统误差及其消除；像缺，伪像，视差法及其应用。 【实验内容】： 1、两次成像法调节光具座上各光学元件共轴； 2、自准法、位移法测量正透镜的焦距； 3、视差法
4、、组合法测量负透镜的焦距； 4、成像规律研究。实验 二：分光计的调节与使用 【实验目的】： 1、了解分光计的结构和各部件的使用； 2、掌握分光计的调节要求和调节方法； 3、学会用分光计测量角度。 【仪器用具】：分光计（含平面镜）、钠光灯、三棱镜等。 【教学要求】：光谱仪器的基本结构、分光计的基本组成，分光计的调节要求及其调节原理，视度、聚焦、自准、共轴、视差法等光学实验基本调节方法在分光计调节中的应用，渐近法、降维调节，角度测量方法，投影误差、偏心差及其消除方法。 【实验内容】： 1、用渐近法调节分光计； 2、自准法测量三棱镜的顶角； 3、反射法测量三棱镜的顶角。实验 三：用分光计测量物质的折
5、射率 【实验目的】： 1、学会用最小偏向角法和折射极限法测量物质的折射率； 2、进一步熟练分光计的调节和使用。 【仪器用具】：分光计（含平面镜）、钠光灯、三棱镜、毛玻璃、滴瓶等。 【教学要求】：最小偏向角法，折射极限法，常用折射计的结构及原理。 【实验内容】： 1、用最小偏向角法测量三棱镜折射率； 2、用折射极限法测量三棱镜的折射率； 3、用折射极限法测量蒸馏水的折射率。实验 四：牛顿环 【实验目的】： 1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、通过实验加深对等厚干涉原理的理解； 【仪器用具】：读数显微镜、钠光灯、牛顿环仪、计算机自动采集系统。 【教学要求】：等厚干涉、牛顿环及其特点、光学
6、检测、半波损、逐差法、读数显微镜的使用、回程差、实验中各种误差来源及消除（减小）方法。 【实验内容】： 1、通过测量牛顿环直径计算透镜曲率半径； 2、透镜凸面偏离球面的检测。实验 五：迈克尔逊干涉仪（一）【实验目的】： 1、了解迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调节方法； 2、观察非定域干涉条纹，测定He-Ne激光波长； 3、观察等倾干涉条纹； 4、观察Na光条纹可见度变化规律，测量Na光D双线波长差。【仪器用具】：迈克尔逊干涉仪、光学导轨及光具座、短焦距透镜、毛玻璃屏、升降台、钠光灯等。【教学要求】：迈克尔逊干涉仪结构及基本调节方法，等倾干涉，波长及光谱精细结构测量方法。 【实验内容】：1、调出并
7、观察非定域干涉条纹；2、测定He-Ne激光波长；3、调出等倾干涉条纹观察条纹随光程差的变化规律；4、测量Na光双线波长差。实验 六：迈克尔逊干涉仪（二）【实验目的】：1、观察等厚干涉条纹、白光干涉条纹；2、学会利用M-干涉仪测定透明物体厚度和气体折射率；3、加深对相干长度和相干时间概念的理解。【仪器用具】：迈克尔逊干涉仪、光学导轨及光具座、短焦距透镜、毛玻璃屏、升降台、白炽灯、钠光灯、盖玻片、气室等。【教学要求】：等厚干涉，定域面，白光干涉，精确测长、气体折射率测量的一般方法，相干长度及其测量方法。【实验内容】：1、调节并观察等厚干涉条纹；2、观察白光干涉条纹；3、测量固体薄片厚度；4、测量空
8、气折射率；5、测量Na光的相干长度。实验 七：衍射光栅【实验目的】：1、了解光栅的分光原理；2、观察光栅光谱的特点；3、测定光栅常数、角色散率和色分辨本领；4、复习分光计的调节和使用。【仪器用具】：分光计（含平面镜）、水银灯、光栅等。【教学要求】：光栅及其类型，光栅常数，光栅光谱，光栅方程，分光本领，角色散、色分辨，瑞利判据，最小偏向角法，波长测量。【实验内容】：1、调节并观察衍射光栅光谱；2、测定光栅常数及角色散本领；3、测定光波波长及色分辨本领；4、观察棱镜光谱，并比较光栅光谱与棱镜光谱的各自特点；5、用最小偏向角法测量光波长。实验 八：全息照相【实验目的】：1、了解全息照相的原理；3、掌
9、握拍摄全息图和在现物波前的方法。【仪器用具】：全息台、光具座、激光光源、定时曝光器、分束镜、反射镜、光屏、透镜、小物体、全息干板等。【教学要求】：全息术的一般原理及其主要应用，离轴全息光路安排，成功拍摄全息图要保证的基本条件，全息照相与普通照相的主要区别。【实验内容】：1、布置光路并拍摄全息图；2、暗室处理（显影、定影）获得全息照片；3、再现原物立体像。实验 九：全息光栅【实验目的】：了解全息光栅的制作原理；掌握扩束、准直的调节方法；学会自制满足一定要求的全息光栅。【仪器用具】：全息台、光具座、激光光源、定时曝光器、分束镜、反射镜、光屏、透镜等。【教学要求】：全息光栅制作原理，光路调节要求，准
10、直、共轴、平行的调节及判断，曝光及冲洗注意事项。【实验内容】：1、安排光路拍摄全息光栅潜像；2、暗室处理（显影、定影、漂白）获得全息光栅；3、在分光计上测量光栅常数并分析偏差原因。实验 十：阿贝成像原理与空间滤波【实验目的】：1、了解阿贝成像原理，傅立叶变换在光学成像系统中的应用；3、加深对光学空间频谱和空间滤波概念的理解。【仪器用具】：光学导轨、光具座、激光光源、减光片、透镜、滤波器、光屏、白光光源、调制板等。【教学要求】： 阿贝成像原理、傅立叶光学、空间滤波、显色滤波。【实验内容】：1、阿贝成像原理实验；2、高频滤波；3、低频滤波；4、调制实验。实验十一：光偏振的基本现象【实验目的】：1、
11、观察光的偏振现象；2、加深对菲涅耳公式的理解；3、了解产生和检验偏振光的基本方法；4、观察双折射现象。【仪器用具】：光学平台、光具座、偏振片、波片、激光光源、光屏等。【教学要求】：光的各种宏观偏振态及其产生、转化和检验，马吕斯定律、布儒斯特定律，产生线偏振光的几种实验方法，常用偏振器件，双折射现象，偏振光的干涉，显色偏振，光测弹性。【实验内容】：验证布儒斯特定律；1、验证菲涅耳公式；2、观察双折射现象；3、观察偏振光的干涉现象；4、产生和检验光的各种偏振状态；5、显色偏振。实验十二：光电效应【实验目的】：1、通过光电管I-U特性曲线的测定，熟悉光电效应的规律；2、了解光的量子性，测定金属的红限
12、频率；3、验证爱因斯坦光电效应，测定普朗克常数。【仪器用具】：光电效应实验系统、水银灯、干涉滤波片、减光片等。【教学要求】：光电效应的基本实验规律，减速电位法测量原理，暗电流、反向饱和电流及阴极氧化的影响，拐点法、交点法，干涉滤光，光电效应实验装置操作注意事项。【实验内容】：1、观测并记录光电管暗电流；2、测量光电管的伏安特性3、处理数据，获得金属红限频率及普朗克常量。实验十三：光通讯与激光窃听【实验目的】：1、了解光传输信号的一般原理及方法;2、掌握激光监听的原理及基本装置。【仪器用具】：光通讯实验系统【教学要求】：光通讯的基本原理、装置，光电转换，激光监听原理，监听光路安排要求。【实验内容
13、】：1、给定光源通讯的对比研究;2、信号传输； 3、安排调试光路获得监听信号；4、研究监听效果与光路各参数之间的关系。实验十四：数字全息【实验目的】：1、了解数字全息术的基本原理；2、掌握一些简单的全息干涉测量方法；3、深入训练光学系统的调整。【仪器用具】：数字全息实验仪【教学要求】： 维形貌测量、物体形变测量、粒子场测试、数字全息显微、防伪、三维图像识别、医学诊断【实验内容】： 透射式数字全息、反射式数字全息、温度场测量、应力场测量、物体微小位移形变测量。实验十五：相衬法【实验目的】：了解相衬法的基本原理、熟悉相衬显微镜的使用。【仪器用具】：相衬显微镜、透明样品等。【教学要求】： 傅立叶光学
14、、滤波、相衬法、相衬显微镜。【实验内容】： 自行设计实验内容。实验十六：光学传递函数与像质评价【实验目的】：1、深入了解光学传递函数的基本理论；2、了解光学传递函数测量的基本原理；3、掌握传递函数的测量和像质评价的基本方法。【仪器用具】：光学传递测量系统【教学要求】：像质评价、光学传递函数、MTF曲线。【实验内容】：自行设计实验内容。实验十七：自组装显微镜与望远镜【实验目的】：1、了解助视仪器的基本结构及原理;2、掌握简单的显微镜与望远镜的组装技术。【仪器用具】：光学平台、光具座、透镜、白光光源、分化板、半透半反镜、平面镜、光屏等。【教学要求】：显微镜望远镜的设计原理，色差、像差，显微镜的分辨本领、望远镜的分辨本领。【实验内容】：1、组装简单的显微镜及望远镜并测量其放大率;2、研究助视仪器成像及放大率与各参数之间的关系。实验十八：光的衍射【实验目的】：1、学习光学平台上的实验光路的安排与调节；2、了解利用计算机自动控制测量光强的原理和方法；3、加深对衍射现象的理解。【仪器用具】：衍射光强记录仪、衍射元件。【教学要求】：衍射、衍射光强分布、光强测量。【实验内容】：1、在光学平台上进行光路的组装和调节；2、
