细丝直径测量实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
细丝直径测量
摘 要：测量细丝直径，可以使用游标卡尺、螺旋测微计等等较精密的机械工具，也可以使用读数显微镜、工具显微镜等精密光学仪器，还可以利用光的干涉原理，借助光学仪器，对微小细度进行测量。以下使用劈尖法进行细丝直径测量，其方法简单，直观性强，测量结果精度高，在高精度测量汇总更显示出其独特的作用。
关键词：细丝直径、劈尖法、等厚干涉、条纹 1．引言
在两片叠合的玻璃一端放入细丝，则玻璃片之间就形成一个空气劈尖。在垂直单色光照射下，劈尖的上、下两表面的反射光相遇发生干涉，在显微镜下可观察到间隔相等的等厚干涉直条纹。 2． 实验原理
将两块光学平玻璃板叠在一起，一端插入一细丝，则在两玻璃板间形成一空气劈尖。两玻璃的交线称为棱边，在平行于棱边的线上，劈尖空气膜的厚度是相等的。当用平行单色光垂直照射劈尖时，在劈尖空气膜上、下表面反射的两束光发生干涉，形成一组与棱边平行的、等间距的直线干涉条纹，如上图所示。设某处空气薄膜的厚度为e ，则两束相干光的光程差为
()22212
k d k λλλ⎧⎪
∆=+=⎨+⎪⎩
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度差
()11222122
k k k k d k d k d d λ
λ
λ
λ
λ
+++=+=+-=
则细丝直径D 为2
D N λ
=⋅
； N 为干涉条纹总条数
2
tan 2
D
L S L D S λ
ααλ≈===⋅
L 为劈尖长度; S 为两相邻明暗纹间距; λ为钠光波长：9
589.310λ-=⨯ 3．实验内容与步骤
1. 实验仪器
读数显微镜，45°反射镜，2片光学玻璃板，钠光灯，金属细丝，游标卡尺 2. 制作劈尖
将细丝夹在距劈尖一端的3-5mm 处，将此端夹紧，将细丝拉直与劈尖边缘平行，再将劈尖另一端适度夹紧。 3. 调节读数显微镜
（1）把劈尖置于载物台，物镜正下方，用压片压住；旋松手轮把显微镜放于适中位置（当置物镜最下位置时不与劈尖相碰）。
（2）调节半反镜使之呈45度角，使读数显微镜的目镜中看到均匀明亮的黄色光场。
（3）调节读数显微镜的目镜直到清楚地看到叉丝，且分别与X,Y 轴大致平行，
然后将目镜固定紧。调节显微镜的镜筒使其下降（注意：应从显微镜外面看，而不是从目镜中看）。靠近劈尖时，再自下而上缓慢上升，直到从目镜中看清楚干涉条纹，且与叉丝无视差。 4.测量两条暗纹间距
转动测微鼓轮使载物台移动至最清晰的一段进行测量，选定某暗纹为第0条，记下该坐标X 0，同方向旋转测微鼓轮至第10条暗纹处，记为坐标坐标X 10，依次往下数10个分别记作，X 20，X 30，X 40，X 50，求得X 0—X 10，······的平均值分别记为S 1,S 2,S 3,S 4,S 5, S 6, S 7, S 8, S 9, S 10。
S i =(X 10-X 0)/10, S =(S 1+S 2+S 3+S 4+S 5+S 6+S 7+S 8+S 9+S 10)/n (n=10)。 5.测量劈尖长度L
用游标卡尺测量细丝到劈尖较远一端边缘的距离L ，可以忽略误差只测量一次即可。
4. 计算细丝直径 根据2
L D S λ=
⋅，用所得数据求D 值，即细丝直径，已知λ=×10-6
mm.再计算不确定度。结果表达式为：100%D D
r D D U U U D
⎧=±⎪
⎨=
⨯⎪⎩ 4．数据处理与实验结果表达式
L=47.10mm 原始数据表：X 0= 单位：mm
处理数据表： 单位：mm
计算与数据处理：
5．结束语
干涉和衍射是光的波动性的具体表现。等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验，这次实验中所用的劈尖法测细丝直径，就是其具体的体现。并且运用了读数显微镜以及计算准确度，比较误差的方法的复习。
参考文献：
【1】张彦纯.《大学物理实验》机械工业出版社
【2】冯颖等. 《东北电力学院学报》
【3】何元金、马兴坤等. 《近代物理实验》清华大学出版社
