大学物理中的光与光学实验

物理光学

实验讲义

武汉纺织大学

武汉纺织大学 光电信息工程系 中国武汉

光电专业实验系列实验讲义 物理光学实验系统

1 实验一 杨氏双缝干涉实验

一、 引言

杨氏干涉实验是用分波前法产生干涉的最著名实验。通过对杨氏干涉实验光路的搭建、调节和使用，可以提高学生调节光路的能力，并且初步了解分波前干涉的原理和特点。

二、 涉及内容

波动光学、光学测量、光学衍射

三、 实验原理

接收屏M

X正方向 P

r1

S1 r2

Z正方向

S2 D

图1 杨氏双缝干涉原理图

考察屏M上某点P出的强度分布。由于S1，S2对称设置，且大小相等，可以认为由S1，S2发出的两光波在P点光强度相等，即I1=I2=I0，则P点的干涉条纹强度分布为：

2cos4cos2202121IIIIII

用krrk)(12带入，得：

])([cos41220rrII

表明P点得光强I取决于两光波在该点的光程差)(12rr相位差。设P点坐标（x，y，D），则 22211)2(DydxPSr，22222)2(DydxPSr,

大学物理光学实验

平行光管的调整及使用

1．测量凸透镜及透镜组的焦距

１）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。

２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。

３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。

４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。

５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。

2．用平行光管测凸透镜的鉴别率

（１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。

（２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。

（３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。

（４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值。

光的干涉实验

若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。

光学实验 薄透镜焦距的测定

一、［实验目的］

1．明确光学实验室规则，训练相应的实验规范行为；

2．认识光学实验平台，学会调节光学系统使之共轴；

2．掌握薄透镜焦距的3种常用测定方法。

二、［实验仪器］

1．光学平台

2．凸透镜（f70 ） ；凸透镜（f190）（待测物） 凹透镜（f-100）（待测物）

3．光源、物屏、像屏、平面镜

三、［实验原理］

本实验中仅考虑透镜厚度比球面曲率半径小得多的透镜，此时，透镜的两个主平面与透镜中心面可看作是重合的。因此，物距u、像距v、焦距f可视为是物、像、焦点与透镜中心的距离。

1．由自准直法测凸透镜焦距

2．用物距像距法测透镜焦距

设薄透镜的焦距f，物距为u，对应的像距为v,则透镜成像的公式：

fvu111

即 vuuvf-------------------（1）

通过物距、像距的测定，求薄透镜的焦距。

3．用两次成像法测凸透镜焦距

在下图中，取物、屏之距L > 4f ，且在实验过程中保持不变。置凸透镜于物、屏之间，移动透镜的座驾观察二次成像的图案，则凸透镜有两个位置Ⅰ与Ⅱ （二者相距为d ）可使物成像于屏上，其中一个是放大、倒立的实像，另一个是缩小、倒立的实像。

LdLf422-------------------------（2）

分别测量L和d，代入上式即可求得凸透镜焦距。

4．测定凹透镜的焦距

薄凹透镜是一种发散透镜。实物经过凹透镜的折射无法形成实像，因此测量焦距的方法一般要加一块凸透镜。先将实物发出的光经凸透镜折射后形成会聚光束，然后利用会聚光束来测定凹透镜的焦距。光路图如下图。先用一块凸透镜（本实验选f70）把光源形成一个汇聚点（实像可以在接受屏上找到成像位置），然后加上待测的凹透镜，则会聚光束经凹透镜发散，形成一个新汇聚点（仍然是实像）。测出两个汇聚点（实像）到凹透镜中心的距离，就可以知道物距u（负号）和像距v。代入公式（1）即可求出凹透镜的焦距。

大学物理光学演示实验报告范文

反射光学显微镜的原理及应用

这一次我们的物理演示实验的内容是光学，刚一踏进光学演示实验室，我就一下子被各种各样的实验仪器以及那些奇妙的实验现象所吸引。因为是光学实验，屋子比较昏暗，这更增加了实验带给我们的神秘感。首先，老师用一个很简单的小道具为我们上演了一出硬币消失的小魔术，让我们顿时起了很大兴趣，这种教学手段有很好的诱导效果。然后老师为我们逐一讲述了各个演示实验的实验原理以及仪器的使用方法。每当其妙的光学现象出现的那一刻，我都会享受到科学世界带给我的乐趣。

给我留下比较深刻印象的的是反射光学显微镜。课后我又对这种仪器进行了较为深入的探究，对它的原理和应用有了比较清楚的认识。

【工作原理】

反射光学显微镜又可称为体视显微镜、实体显微镜或操作和解剖显微镜。是一种具有正像立体感的目视仪器。其光学结构原理是由一个共用的初级物镜，对物体成像后的两个光束被两组中间物镜亦称变焦镜分开，并组成一定的角度称为体视角一般为12度--15度，再经各自的目镜成像，它的倍率变化是由改变中间镜组之间的距离而获得，利用双通道光路，双目镜筒中的左右两光束不是平行，而是具有一定的夹角，为左右两眼提供一个具有立体感的图像。

它实质上是两个单镜筒显微镜并列放置，两个镜筒的光轴构成相当于人们用双目观察一个物体时所形成的视角，以此形成三维空间的立体视觉图像。 它的成像特点为：视场直径大、焦深大这样便于观察被检测物体的全部层面；虽然放大率不如常规显微镜，但其工作距离很长；像是直立的，便于实际操作，这是由于在目镜下方的棱镜把象倒转过来的缘故。

【使用方法】

体视显微镜在使用前需要进行调校，调校主要有：调焦，视度调节，瞳距调节和灯泡更换几个步骤。下面分别进行说明。

调焦：将工作台板放入底座上的台板安装孔内。观察透明标本时，选用毛玻璃台板；观察不透明标本时，选用黑白台板。然后松开调焦滑座上的紧固螺钉，调节镜体的高度，使其与所选用的物镜放大倍数大体一致的工作距离。调好后，须锁紧紧固螺钉。调焦时，建议选用平面物体，如印有字符的平整纸张、直尺、三角板等。