光学试验思考题集

光学实验思考题提示实验7 分光计调整与使用【预习思考题】1、分光计由哪几个主要部件组成？它们的作用是什么？提示：(P.70，附录 分光计的结构)2、对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？提示：（1）对分光计调整的要求：① 望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴；② 望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）；③ 平行光管出射平行光；（2）各部分调节好的判断标志① 望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。

（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦） ② 望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o 前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。

（用自准直光路和各半调节法调整）③ 平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。

（操作：把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦）④ 平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志——使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心水平黑十字线重合。

（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的仰角螺钉）3、本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜转过的角度？提示：①精度——仪器能读准的最小分度；②P.72最后一段；③参看P.69ϕ和min δ的测量式。

4、在分光计调节使用过程中，要注意什么事项？提示：P.70【思考题】1、测棱镜顶角还可以使用自准法，当入射光的平行度不好时，用哪种方法测顶角误差较小？ 提示：ϕ21=A 的成立条件是入射光是平行光； 2、是否对有任意顶角A 的棱镜都可以用测量最小偏向角的方法来测量它的材料的折射率？ 提示：①），22sin sin (sin )2sinarcsin(22111min A r A n r n i A n A i ====-=δ 3、假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。

1、等厚干涉的特征答：a.由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹。

b.薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹。

c.厚度相等，也就意味着从前后面发生的两次反射的路程差是一个定值，因此不会出现干涉条纹，但是同样会有干涉现象，比如路程差恰好是某种波的半波长的奇数倍，则会出现此波在薄膜的表面被减弱为零，就像近视镜的镀膜一个道理。

2、5-10种测波长的方法（简述）答：（1）用双棱镜干涉测波长（2）用衍射光栅测光波波长光栅是一种重要的分光元件，它可以把入射光中不同波长的光分开，衍射光栅有透射光栅和反射光栅两种，常用的是平面透射光栅，它是由许多相互平行等距的透明狭缝组成，其中任意相邻两条狭缝的中心距离d称为光栅常数。

根据夫琅和费衍射理论，当一束平行光垂直地投射到光栅平面上时，每条狭缝对光波都会发生衍射，所有狭缝的衍射光又彼此发生干涉。

衍射角符合条件dsinθ=kλ，（k = 0、1、2、3 …）时，在该衍射角方向上的光相叠加将会加强，其它方向光相抵消。

如果用会聚透2/4镜把这些衍射后的平行光会聚起来，则在透镜的焦平面上将出现一系列亮纹，形成衍射图样。

如图所示，式（9–1）称为光栅方程，其中λ为入射光波波长，θ为衍射角，k为衍射亮纹的级数。

在θ为0的方向上可以观察到中央亮纹。

其它各级亮纹对称分布在中央亮纹两侧。

若已知光栅常数d，测出相应的衍射条纹与0级条纹间的夹角θ，便可求出光波波长(3)双缝干涉测波长a.光通过双缝干涉仪上的单缝和双缝后，得到振动情况完全相同的光，它们在双缝后面的空间互相叠加会发生干涉现象。

如果用单色光照射，在屏上会得到明暗相间的条纹；如果用白光射，可在屏上观察到彩色条纹。

b.本实验要测单色光的波长，单色光通过双缝干涉后产生明暗相同的等间距直条纹，条纹的间距与相干光源的波长有关。

设双缝宽d，双缝到屏的距离为L，相干光源的波长为λ，则产生干涉图样中相邻两条亮（或暗）条纹之间的距离△x，由此得；λ=L△x /d，因此只要测得d,L,△x即可测得波长。

实验十五用牛顿环测量球面的曲率半径课后思考题一．等厚干涉的特征等厚干涉：是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．光路图：特征：1.干涉条纹的级数序列：薄膜越厚，级数越高。

2.相邻条纹的间距：正比于波长，并且入射光的入射角愈大则条纹的间隔愈大。

越靠近接触点，相邻条纹的间隔愈大比如劈尖干涉为明暗条纹均匀分布的直条纹；牛顿环为明暗相间内疏外密的圆环纹。

3.干涉条纹的移动规律：增加薄膜厚度，条纹向楞点方向移动。

4.白色光投射到牛顿环上时u，可见中心为暗斑，而外围有彩色的几个环状条纹。

二．测波长的方法（1）牛顿环测量法；在牛顿环试验中，透镜的曲率半径设为R，则对于第k 级条纹，根据光的干涉条件，它应该满足一个等式，也就是λ。

其中D就是第k 级条纹的直径。

只要用牛顿环仪器测出条纹直径，就可以通过这个公式求出波长。

（2）单色仪测量法；器材：单色仪定标的仪器和单色光源。

原理：主光线在棱镜上的入射和出射总是满足最小偏向条件。

从而单色仪可出设单色光，且出射的单色光波长与鼓轮示数対应。

完成单色仪定标后，令待测光源入射，找到出射时的鼓轮读数即可通过定标曲线确定其波长。

（3）小型棱镜射谱仪法；器材:射谱仪、低压汞灯、电弧电源、底片、显影液、定影液、应谱仪。

原理：利用哈德曼光阑把已知铁谱线和待测谱线拍摄在同一底片上，然后于标准铁谱线对照，利用内插法便可计算出光波长。

说明：这种方法基于色散是线性的，存在系统误差。

实验时应选尽量接近的铁谱线进行估算。

（4）杨氏双缝干涉法；器材：光具座、底片夹、单缝、双缝、测微观察屏、测量显微镜、待测光源。

原理：杨氏双缝干涉原理：双缝干涉的两个相邻亮（暗）条纹的距离△x与波长λ、双缝的间距d及双缝到屏的距离L满足Δx=λz/d。

（5） 双棱镜分光干涉法；器材：光具座、双棱镜、扩束透镜及镜架、成像透镜、测微透视观察屏、卷尺、待测光源等。

第二章思考题部分暂时略去1、（1）根据物像等光程性，物点像点P 、P ’的光程是相等，于是光线1，2的共轭光线1’,2’一定相交。

（2）根据物像等光程性，物点像点P 、P ’的光程是相等，于是光线1，2的共轭光线1’,2’一定相交。

相等，因为平行光线会聚于焦面同一点是等光程线。

（3）不相等，1，2不是成像光线。

2、（1）球面的半径大于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是极小值。

（2）球面的半径大等于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是恒定值。

（3）球面的半径小于椭球在M 点的曲率半径，这时光线QMQ ’的光程是极大值。

3、实际上左手还是在左边，右手还是在右边，只不过是对镜外人来讲，似乎是左右颠倒。

左右的区分必须按照同一个标准。

之所以认为“左右颠倒”，是采用不同标准的结果，因为人的左右标准与像中人的左右标准不同，刚好相反。

4、将物体放在凸透镜的焦面上，透镜后放一块与光轴垂直的平面反射镜，最后像成像在物体位置，一样大，倒立，实像；平面镜的位置对像没有任何影响；自聚焦法测量焦距的步骤是：在光轴上放上物体，移动物体，直到物像位置满足上述的关系，这时物距就是焦距。

5、若要用于凹透镜焦距测量，需要改变光路，在凹透镜前面增加一个凸透镜，前后调整凹透镜的位置，使经过凸透镜的像处于凹透镜的焦点上，这是再经过平面镜反射回来的光成一个清晰的像。

6、（1）透镜稍微沿横向平移，像也与光轴同向移动。

（2）将光轴稍微转动，像位置保持不变。

7、（1）镜作横向平移，像点保持不变；（2）镜筒轴线转过角度，这时相当于入射平行光线与光轴有一个夹角，像点在偏离光轴的焦面上。

8、透镜下半部遮住，入射光强减半，像的亮度减半。

9、相等于三个密接透镜，透镜组的焦距倒数是三个密接透镜焦距倒数之和。

10、非望远系统只有一对主面；若超过一对主面，就是望远系统。

11、是的。

部分习题解答与思路4、解：依据凹面镜成像公式，得,21'1rs s -=+ （1）。