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1、用双棱镜干涉测钠光波长教学目的n n掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深理解分波前双光束干涉原理 n n学会用双棱镜测定钠光的波长。 重点难点 实验仪器n n光路的调节方法光路的调节方法 n n测量中的注意事项测量中的注意事项 n n光具座光具座 n n单色光源单色光源( (钠灯钠灯) ) n n可凋狭缝可凋狭缝 n n双棱镜双棱镜 n n辅助透镜辅助透镜 n n测微目镜测微目镜 n n白屏白屏 实验原理实验原理 n n两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变化，那么在两列光波相交的区域，光强分布是不均匀的，而是在某些地方表现为加强，在另一些地方表现为减弱（甚至
2、可能为零），这种现象称为光的干涉 n n菲涅耳利用图菲涅耳利用图38-138-1所示的装置，获得了双光束的干所示的装置，获得了双光束的干涉现象，图中涉现象，图中ABAB是双棱镜，它的外形结构如图是双棱镜，它的外形结构如图38-238-2所示，将一块平玻璃板的所示，将一块平玻璃板的个表面加工成双楔形板。个表面加工成双楔形板。端面与棱脊垂直，楔角端面与棱脊垂直，楔角A A较小较小( (一般小于一般小于1o)1o)。从单。从单色光源发出的光经透镜色光源发出的光经透镜L L会聚于狭缝会聚于狭缝S S，使，使S S成为较成为较大亮度的线状光源。从狭缝大亮度的线状光源。从狭缝S S发出的光，经双棱镜发出的
3、光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就好像它们是由虚光源发出的一样，满足相干光源条好像它们是由虚光源发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠区域内产生干涉。当观察件，因此在两束光的交叠区域内产生干涉。当观察屏屏P P离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行与狭离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行与狭缝缝S S的、明暗相间的、等间距干涉条纹。的、明暗相间的、等间距干涉条纹。图38-1 图38-2设两虚光源之间的距离为，虚光源所在的平面(近似地在光源狭缝S的平面内)到观察屏P的距离为D且，干涉条纹间距为，则实验所用光源的波长为 （3
4、8-1）因此，只要测出和，就可用(38-1)式计算出光波波长。实验内容实验内容n nl l调节共轴调节共轴(1) (1) 按图按图38-138-1所示次序，将单色光源，会聚透镜所示次序，将单色光源，会聚透镜L L，狭缝狭缝S S，双棱镜，双棱镜ABAB与测微目镜与测微目镜P P放置在光具座上。放置在光具座上。用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊用目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝和狭缝S S的取向大体平行。的取向大体平行。(2)(2)点亮光源，通过透镜点亮光源，通过透镜L L照亮狭缝照亮狭缝S S，用手执白纸屏，用手执白纸屏在双棱镜后面检查：经双棱镜折射后的光束有在双棱镜后面
5、检查：经双棱镜折射后的光束有否叠加区否叠加区( (应更亮些应更亮些)?)?叠加区能否进入测微日镜叠加区能否进入测微日镜? ?当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右当移动白屏时，叠加区是否逐渐向左、右( (或上下或上下) )偏移偏移? ? 根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴。使之共轴。2调节干涉条纹(1)减小狭缝S的宽度，绕系统的光轴缓慢地向左或右旋转双棱镜AB，当双棱镜的棱脊与狭缝的取向严格平行时，从测微目镜中可观察到清晰的干涉条纹。(2)在看到清晰的于涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适当。同时只要不影响
6、条纹的清晰度，可适当增加狭缝S的缝宽，以保持干涉条纹有足够的亮度。(注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离，间距也将减小这对d的测量不利。)3测量与计算n n(1) (1) 用测微目镜测量干涉条纹的间距，为了提高测用测微目镜测量干涉条纹的间距，为了提高测量精度，可测出量精度，可测出n n条条(10(102020条条) ) 干涉条纹的间距干涉条纹的间距, ,除以除以n n，即得。测量时，先使目，即得。测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹镜叉丝对准某亮纹( (或暗纹或暗纹) )的中心，然后旋转测的中心，然后旋转测微螺旋，使叉丝移过微螺旋，使叉丝移过n n个条纹，读出两次读数。重个条纹，读出两
7、次读数。重复测量几次求出。复测量几次求出。n n(2)(2)用光具支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离用光具支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离D D。由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微。由于狭缝平面与其支架中心不重合，且测微目镜的分划板目镜的分划板( (叉丝叉丝) )平面也与其支架中心不重合，平面也与其支架中心不重合，所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误所以必须进行修正，以免导致测量结果的系统误差。测量几次，求出。差。测量几次，求出。n n(3)(3)用透镜两次成像法测两虚光源的间距用透镜两次成像法测两虚光源的间距d d。参见图。参见图38-338-3，保持狭缝保持狭缝S S与双棱镜与
8、双棱镜ABAB的位置不变，即与测量干涉条纹间的位置不变，即与测量干涉条纹间距时的相同，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为距时的相同，在双棱镜与测微目镜之间放置一已知焦距为的会聚透镜，移动测微目镜使它到狭缝的会聚透镜，移动测微目镜使它到狭缝S S的距离，然后的距离，然后维恃恒定。沿光具座前后移动透镜，就可以在的两个不同维恃恒定。沿光具座前后移动透镜，就可以在的两个不同位置上从测微目镜中看到两虚光源经透镜所成的实像，其位置上从测微目镜中看到两虚光源经透镜所成的实像，其中中组为放大的实像另一组为缩小的实像。分别测得两组为放大的实像另一组为缩小的实像。分别测得两放大像的间距和两缩小像的间距，则按下
9、式即可求得两虚放大像的间距和两缩小像的间距，则按下式即可求得两虚光源的间距光源的间距d d。多测几次，取平均值。多测几次，取平均值。 （38-238-2）图3n n(4) 用所测得的值代八式(38-1)，求出光源的波长。n n(5) 测量两虚光源的间距，还可用另一种方法。经计算可得。式中，A为双棱镜的锐角，R为狭缝与双棱镜的距离，为玻璃棱镜的折射率。4注意事项n n1) 1) 使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓置的分格精度，要注意防止回程差，旋转读数鼓抢时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定。抢时动作要平稳
10、、缓慢，测量装置要保持稳定。n n2 2）在测量）在测量D D值时，因为狭缝平面与测微目镜的分值时，因为狭缝平面与测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准线划板平面均不和光具座滑块的读数准线( (支架中心支架中心) )共面。必须引入相应的修正，否则将引起较大的共面。必须引入相应的修正，否则将引起较大的系统误差。系统误差。n n3 3）测量时，由于透镜像差的影响，将引入较大误）测量时，由于透镜像差的影响，将引入较大误差，可在透镜上加一直径约差，可在透镜上加一直径约1cm1cm的圆孔光阑（用的圆孔光阑（用黑纸）以增加测量的精确度黑纸）以增加测量的精确度( (可对比一下加或不加可对比一下加或不加光阑的测量结果。光阑的测量结果。思考题思考题n n1双棱镜和光源之间为什么要放一狭缝？为何缝要很窄且严格平行于双棱镜脊才可得到清晰的干涉条纹?n n2试证明公式 。n n3.双棱镜干涉条纹的宽度，数目由哪些因素决定？
