光学实验基本知识
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光学常考知识点总结下面将对光学常考知识点进行总结,包括光的直线传播、光的反射和折射、透镜和光的波动性等内容。
一、光的直线传播1. 光的直线传播是指在均匀介质中,光线遇到不透明物体时,会沿着直线传播。
这是光的基本特性之一,也是光学的基本原理之一。
2. 在光的直线传播中,光线可以沿着直线传播,但也可以被透明介质中的粗糙表面所散射。
同时,如果光线通过介质的边界,如从空气射入玻璃,会发生折射现象。
3. 光的直线传播不仅适用于自然环境中,也可以用来分析光学仪器的工作原理,如显微镜、望远镜等。
二、光的反射和折射1. 光的反射是指光线遇到光滑表面时,会以与表面垂直的角度反射回去。
这是光学中一个重要的现象,也是人们能够看到物体的原因之一。
2. 光的折射是指光线穿过介质的边界时,由于介质折射率的不同,光线的传播方向会发生变化。
这一现象在实际生活中也是很常见的,如水中看到的物体会比在空气中看到的位置更高。
3. 光的反射和折射是光学中的两个重要概念,在教学中需要重点强调和讲解。
三、透镜1. 透镜是一种能够将光线聚焦或发散的光学器件,是光学中的重要组成部分。
在现代工业和科技中,透镜被广泛应用于许多领域,如光学仪器、相机、激光器等。
2. 透镜分为凸透镜和凹透镜两种类型,分别用于光线的聚焦和发散。
3. 透镜的工作原理是通过对光线的折射来实现的,凸透镜和凹透镜分别使光线在一个点聚焦和发散。
四、光的波动性1. 光的波动性是光学中一个非常重要的概念,它能够很好地解释光的折射、干涉和衍射现象。
2. 光的波动性是指光在传播过程中会表现出波动的特性,如干涉和衍射。
这一特性是光学的一个基本原理,也是光学实验中常见的现象。
3. 光的波动性在光学中有着广泛的应用,如激光技术、光纤通信等都涉及到了光的波动性。
以上就是光学常考知识点的总结,光学是一门非常重要的学科,对于中学生来说,掌握这些基本知识对学业以及未来的发展都有着非常重要的意义。
希望学生们能够认真学习光学知识,提高自己的光学素养,为将来的学习和工作打下坚实的基础。
光学密度实验知识点总结光学密度实验是物理实验中的一种重要实验,通过该实验可以掌握物质的光学性质,包括透明度、折射率等。
现在我们来对光学密度实验的知识点进行总结,方便大家对该实验有一个全面的了解。
一、光学密度实验的基本原理1.1 光的传播和反射光是一种电磁波,是由电场和磁场共同振动而传播的。
在真空中,光速为常数,约为3×10^8m/s。
当光传播到不同介质中时,会发生折射和反射现象。
折射是指光线在穿过两种不同介质的界面时,改变传播方向的现象;而反射是指光线遇到介质界面时,一部分光线返回原来的介质中。
1.2 透明介质和不透明介质透明介质是指光能够穿透的介质,如空气、水、玻璃等;不透明介质是指光不能穿透的介质,如木头、金属等。
1.3 折射定律当光线从一种介质射入另一种介质时,入射角θ_i和折射角θ_r之间的关系由折射定律给出:n_1sin(θ_i) = n_2sin(θ_r)其中n_1和n_2分别为两种介质的折射率。
1.4 折射率折射率是一种衡量介质对光的折射能力的物理量,它是介质中光速与真空中光速的比值,用n表示。
不同介质的折射率不同,通常用折射率的倒数来描述光在介质中的传播速度,即光速在介质中的倍率。
二、光学密度实验中的相关知识点2.1 光学密度的定义光学密度是指物质对光的透射程度的大小,是介质对光线的吸收和折射能力的综合体现。
光学密度越大,物质对光的吸收越强,透射越少,反之亦然。
2.2 光学密度的测量测量光学密度的方法有多种,常用的是通过光透射的强度来测量。
光透射强度一般用透射光强与入射光强之比来表示,即I_t/I_i。
透射光强可以通过光电池接收到的光信号来测量,从而得到透射率。
2.3 光学密度与折射率的关系光学密度和折射率是密切相关的,高光学密度通常意味着高折射率,因为光学密度大表示物质对光的吸收能力强,导致光线在介质中传播时受到较大的阻碍,从而导致了折射率的增大。
2.4 光学密度与光波长的关系光学密度和光的波长也有一定的关系,通常来说,对于同一种介质,波长较短的光被吸收的程度更大,因此透射率随着波长的增大而增大。
模块三光学专题03 光学实验*知识与方法一、初中物理实验方法1.控制变量法:在研究物理问题时,某一物理量往往受几个不同因素的影响,为了确定该物理量与各个不同因素之间的关系,就需要控制某些因素,使其固定不变,只研究其中一个因素,看所研究的因素与该物理量之间的关系。
分析思路:找好自变量、因变量和控制变量。
自变量:实验中主动变化的量。
因变量:实验中被动变化的量,一般也是研究目标。
控制变量:除自变量之外其他可能会引起因变量变化的量,需控制不变。
2.转换法:在科学探究中,对于一些看不见、摸不着或者不易观察的现象,通常改用一些非常直观的现象去认识。
3.等效替代法:等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下,将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。
4.科学推理法:以可靠的事实为基础,以真实的实验为原型,通过合理的推理得出结论,深刻地揭示科学规律的本质。
二、探究性实验1.光的反射实验(1)器材:平面镜、可折转的纸板、激光笔、量角器、铅笔等。
(2)纸板的作用:①对光起漫反射的作用,显示光路。
(为了显示光路,纸板的表面应粗糙些)②为了探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面;(3)操作及结论:①纸板垂直于镜面放置;②让激光沿着纸板射到平面镜上,观察另一侧纸板上是否有反射光线;③将纸板另一侧向后偏折,观察偏折后的纸板上看不到反射光线,说明反射光线、入射光线与法线在同一平面内。
④让激光笔发出的光逆着原来的反射光线射向镜面时,此时的反射光线将沿着OE方向射出,说明光路可逆。
(4)在实验中,多次改变入射角的大小去测量反射角大小的目的是:多次实验总结普遍规律,避免偶然性。
2.平面镜成像特点及实验(1)器材:带支架的透明薄玻璃板、两根完全相同的蜡烛、火柴、白纸、铅笔、刻度尺、光屏。
(2)实验步骤:①把一块较薄的玻璃板垂直放在白纸上,作为平面镜;②在玻璃板的一侧立一支点燃的蜡烛A,透过玻璃板观察蜡烛A 的像;③把一支完全相同的、未点燃的蜡烛B 放在平面镜的后面并移动位置,从蜡烛A 所在的这一侧观察,直到蜡烛B与蜡烛A 像完全重合,在白纸上标出两个蜡烛的位置;④改变蜡烛A 到玻璃板的距离,重做几次实验。
八年级光学实验知识点归纳光学实验是初中课程中不可或缺的重要内容。
通过实验,学生能够深入了解光的反射、折射、干涉、衍射等现象,对光学概念和规律有更加深入的认识和理解。
以下是八年级光学实验中需要掌握的知识点。
1. 光的传播方向与直线传播的模型在学习光的传播方向时,需要掌握光线传播的模型。
物理学家使用射线模型来描述光的传播方式,即假设光沿特定的直线路径传播。
这种假设非常简单,使得光学效应很容易观察和解释。
但是,射线模型并不能揭示光的本质,因为光其实是以波动形式传播的。
2. 光的反射反射是光学中最常见的现象之一。
我们日常生活中用到的镜子、望远镜、显微镜等都是利用光的反射原理工作的。
在实验中,可以通过反光板或凹面镜来观察光的反射,并测量反射角和入射角的关系。
3. 光的折射当光与边缘不平滑的物体接触时,会发生光的折射。
实验可以用直角棱镜或三棱镜来观察和测量光的折射。
在折射上,需要掌握折射率的概念和斯涅尔定律,即入射角和折射角的正弦函数之比是一个常数。
折射率与材料的性质相关,是描述光在材料中传播速度变化的参数。
4. 光的干涉光的干涉是光学中一个非常有趣和重要的现象。
在实验中,通常使用双缝干涉实验。
双缝干涉实验利用了光的波动性质,通过光的干涉现象来观察和解释光的一些特性。
学生需要了解干涉条纹和相位差的概念,并掌握干涉现象发生的条件和原理。
5. 光的衍射光的衍射是一种波动现象,是指当光线穿过一个孔或绕过障碍物时发生偏向的现象。
实验中通常使用单缝衍射实验,观察经过单栏进入光屏的光,产生的亮度分布图像。
学生需要掌握衍射现象发生的条件和原理,了解带宽、角度、波长之间的相互关系以及其对衍射现象的影响。
总之,光学实验是一种重要的物理实验,需要掌握实验方法和原理,通过实验实践,增强对光学概念和规律的理解和掌握。
除了以上几个知识点外,还有许多光学实验值得学生探索和研究,帮助学生深化对物理学的理解和认识。
大学物理光学实验基本常识和知识一.基本常识1.所有光学透镜(透镜、平面镜、棱镜、光栅、波片、偏振器、分光镜等)的透光面不能用手触摸,需要清洗时必须使用专用透镜纸。
2.用于固定透镜的支架上的固定螺钉和调整螺钉应轻微扭曲。
3.白炽灯是复色光源(白光-由红、澄、黄、绿、青、蓝、紫色光混合而成);汞灯是由部分线状谱的光混合成的复色光源;钠灯是准单色光源(有两条非常相近的波长),可以用于干涉实验的光源,只是光强较弱不方便观测;激光是单色光源(一种波长),是用于干涉实验的光源。
4.对于实验中使用的光学仪器,在进行实验之前,首先了解调节功能、各部分的功能和调节范围,以及秤的读数方法。
二、基本知识1.光学实验仪器(如:分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、棱镜摄谱仪),可以用来做多种测试实验。
分光计可以用于三棱镜的顶角角度测量,某一波长的色散及色散曲线(n-λ曲线)测量,光栅衍射及光谱观测,某透明体的折射率测量。
实验用光源有汞灯、钠灯或激光器。
迈克尔逊干涉仪可以用于未知激光波长的实验测量,微位移的测量,当用平行光入射时,还可以进行面形、面形变、气体折射率或温度场的实验观测。
读数显微镜以钠灯为光源可以进行微小尺寸、球面半径的测量,还可以进行固体热胀系数、液体折射率等的测量。
棱镜摄谱仪可为了捕捉各种光源(多色光)的光谱,还可以测量线性光的波长。
2.在光具座上可进行的光学实验有:薄透镜的焦距测定,典型光学系统(显微镜、望远镜)的设计,偏振现象的观测,双棱镜的干涉、激光或钠光灯的波长测量等。
3.可以在光学平台上进行各种光学实验。
除了上述光学实验外,还可以进行许多设计和研究实验、全息干涉测量或全息图实验。
4.全息照相分为两个步骤:全息记录和再现。
从物理角度说,全息记录是两束光(物光和参考光)的干涉图样的拍摄和冲洗;全息再现是通过干涉图片产生的衍射图像。
5.对于所有干扰实验,防震是最重要的要求。
其次,根据光的时间相干性,用于干涉的两个激光束(或钠光)只能与一个光源(振幅或波面)分离,两个光束之间的光程差不能太大。
高中物理光学实验知识点研究方法高中物理光学实验知识点研究方法一、重要概念和规律(一)、几何光学基本概念和规律1、基本规律光源发光的物体.分两大类:点光源和扩展光源.点光源是一种理想模型,扩展光源可看成无数点光源的集合.光线——表示光传播方向的几何线.光束通过一定面积的一束光线.它是温过一定截面光线的集合.光速——光传播的速度。
光在真空中速度最大。
恒为C=3×108m/s。
丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。
法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。
实像——光源发出的光线经光学器件后,由实际光线形成的.虚像——光源发出的光线经光学器件后,由发实际光线的延长线形成的。
本影——光直线传播时,物体后完全照射不到光的暗区.半影——光直线传播时,物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.2.基本规律(1)光路可逆原理光线逆着反射线或折射线方向入射,将沿着原来的入射线方向反射或折射.(2)光的独立传播规律光在传播时虽屡屡相交,但互不扰乱,保持各自的规律继续传播。
(3)光的直线传播规律先在同一种均匀介质中沿直线传播。
小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。
(4)光的反射定律反射线、人射线、法线共面;反射线与人射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。
(5)光的折射定律折射线、人射线、法织共面,折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质,入角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射串n=sini/sinr=c/v。
全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A,sinA=1/n。
3.常用光学器件及其光学特性(1)棱镜光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中,入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。
隔着棱镜看到物体的像向项角偏移。
棱镜的色散作用复色光通过三棱镜被分解成单色光的现象。
(2)平面镜点光源发出的同心发散光束,经平面镜反射后,得到的也是同心发散光束.能在镜后形成等大的、正立的虚出,像与物对镜面对称。
实验一光学实验预备知识一、引言不论光学系统如何复杂,精密,它们都是由一些通用性很强的光学元器件组成,因此掌握一些常用的光学元器件的结构和性能,特点和使用方法,对安排试验光路系统时正确地选择光学元器件,正确地使用光学元器件有重要的作用。
二、实验目的掌握光学专业基本元件的功能;学会调整光路,主要是共轴调节。
三、基本原理(一)、光学实验仪器概述:光学实验仪器主要含:激光光源,光学元件,观察屏或信息记录介质1.激光光源激光器即Laser(Light Amplification by stimulated emission of radiation),原意是利用受激辐射实现光的放大.然而实际上的激光器,一般不是放大器,而是振荡器,即利用受激辐射实现光的振荡,或产生相干光。
激光的特性:(1)高度的相干性;(2)光束按高斯分布。
激光器的分类:(1)气体激光器——He-Ne激光器,Ar离子激光器(2)液体激光器——染料激光器(3)固体激光器———半导体激光器,红宝石激光器本学期实验选择的激光器是半导体激光器,波长为650nm的红光。
个别实验中还会用到钠光源或汞灯。
2.用于光学实验的元件一般包括:防震平台、分束镜、扩束镜、准直镜、反射镜、成像透镜、偏振片、波片、滤光片、多自由度微调器、观察屏等部件。
(1)防震平台光学实验需要一个稳定的工作平台。
特别是对于全息图制作实验,由于是参考波和物光波干涉条纹的记录,如果在曝光过程中因为振动导致两光波有变化,就要影响干涉条纹的调制度。
通常要求该光波的振动变化小于十分之一波长。
影响稳定性的因素有震动、空气流和热变化等。
震动的主要影响来自地基的震动,如果记录系统部件的机构有松动就会把震动放大,所以必须对工作台采取减震措施。
专用全息气浮工作台是最好的减震台。
简单的减震方法可用砂箱、微塑料、气垫(用汽车、飞机轮子的内胎)和重1000~2000kg的铸铁或花岗岩,并应安装一个隔离罩。
如果不用隔离罩,记录全息图时室内不要通风,工作人员不要大声讲话和距工作台远一些。
一、实验目的1. 了解光学的基本原理和光学元件的成像规律。
2. 掌握光学实验的基本操作方法和实验技巧。
3. 通过实验验证光学理论,加深对光学知识的理解和掌握。
二、实验仪器与材料1. 实验仪器:平行光管、透镜、光具座、屏幕、光屏、光源等。
2. 实验材料:白纸、黑纸、胶带、刻度尺等。
三、实验原理1. 透镜成像原理:根据透镜成像公式,当物体距离透镜的距离满足一定条件时,透镜会在另一侧形成一个实像或虚像。
2. 光的直线传播:光在同一均匀介质中沿直线传播,光在传播过程中遇到障碍物时会发生反射和折射。
3. 光的干涉和衍射:光波在相遇时会发生干涉和衍射现象,形成明暗相间的条纹。
四、实验内容与步骤1. 透镜成像实验(1)将平行光管发出的平行光束照射到透镜上,调整透镜位置,使光束通过透镜后聚焦在屏幕上。
(2)改变透镜与屏幕之间的距离,观察屏幕上的成像情况,记录成像位置和成像性质(实像或虚像)。
(3)根据透镜成像公式计算透镜的焦距。
2. 光的反射和折射实验(1)将光源发出的光线照射到平面镜上,观察光线在平面镜上的反射情况。
(2)将光线照射到透明介质(如玻璃)上,观察光线在透明介质上的折射情况。
(3)改变入射角,观察反射和折射角的变化,验证光的反射和折射定律。
3. 光的干涉和衍射实验(1)设置干涉实验装置,包括两个相干光源、分束器、反射镜、透镜等。
(2)调整实验装置,使两个相干光源的光线在透镜后发生干涉,观察屏幕上的干涉条纹。
(3)改变光源之间的距离或透镜的焦距,观察干涉条纹的变化,验证干涉现象。
五、实验结果与分析1. 透镜成像实验:根据实验数据,计算出透镜的焦距,与理论值进行比较,分析误差原因。
2. 光的反射和折射实验:根据实验数据,验证光的反射和折射定律,分析实验误差。
3. 光的干涉和衍射实验:根据实验数据,观察干涉条纹的变化,分析干涉现象,验证干涉条件。
六、实验总结通过本次光学演示实验,我们掌握了光学实验的基本操作方法和实验技巧,验证了光学理论,加深了对光学知识的理解和掌握。
一、实验目的1. 理解光学基本原理,掌握光学实验的基本方法和技能。
2. 学习使用光学仪器,如分光计、显微镜等,观察和分析光学现象。
3. 通过实验,加深对光学理论知识的理解,提高实验操作能力。
二、实验原理光学实验是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等光学现象的实验。
本实验主要涉及以下原理:1. 光的直线传播:光在同一均匀介质中沿直线传播。
2. 光的反射:光线入射到物体表面时,一部分光线被反射。
3. 光的折射:光线从一种介质射入另一种介质时,传播方向发生改变。
4. 光的干涉:两束或多束相干光相遇时,形成明暗相间的干涉条纹。
5. 光的衍射:光通过狭缝或障碍物时,发生弯曲传播。
三、实验仪器与器材1. 分光计2. 显微镜3. 平面镜4. 凸透镜5. 激光笔6. 光具座7. 光栅8. 白纸9. 光电传感器10. 计时器四、实验步骤1. 光的直线传播实验(1)将激光笔固定在光具座上,调整激光笔使光线垂直于白纸。
(2)观察激光在白纸上的传播情况,验证光的直线传播原理。
2. 光的反射实验(1)将平面镜放置在光具座上,调整平面镜使入射光线垂直于平面镜。
(2)观察反射光线,验证光的反射原理。
3. 光的折射实验(1)将凸透镜放置在光具座上,调整凸透镜使入射光线垂直于凸透镜。
(2)观察折射光线,验证光的折射原理。
4. 光的干涉实验(1)将光栅放置在光具座上,调整光栅使入射光线垂直于光栅。
(2)观察干涉条纹,验证光的干涉原理。
5. 光的衍射实验(1)将狭缝放置在光具座上,调整狭缝使入射光线垂直于狭缝。
(2)观察衍射现象,验证光的衍射原理。
五、实验数据与结果分析1. 光的直线传播实验:激光在白纸上的传播路径呈直线,验证了光的直线传播原理。
2. 光的反射实验:入射光线垂直于平面镜,反射光线与入射光线夹角相等,验证了光的反射原理。
3. 光的折射实验:入射光线垂直于凸透镜,折射光线与入射光线夹角小于入射角,验证了光的折射原理。
4. 光的干涉实验:观察到干涉条纹,验证了光的干涉原理。
高中物理光学部分实验及知识点学习方法光学包括两大部分内容:几何光学和物理光学.几何光学(又称光线光学)是以光的直线传播性质为基础,研究光在煤质中的传播规律及其应用的学科;物理光学是研究光的本性、光和物质的相互作用规律的学科.一、重要概念和规律(一)、几何光学基本概念和规律1、基本规律光源发光的物体.分两大类:点光源和扩展光源.点光源是一种理想模型,扩展光源可看成无数点光源的集合.光线——表示光传播方向的几何线.光束通过一定面积的一束光线.它是温过一定截面光线的集合.光速——光传播的速度。
光在真空中速度最大。
恒为C=3×108m/s。
丹麦天文学家罗默第一次利用天体间的大距离测出了光速。
法国人裴索第一次在地面上用旋转齿轮法测出了光这。
实像——光源发出的光线经光学器件后,由实际光线形成的.虚像——光源发出的光线经光学器件后,由发实际光线的延长线形成的。
本影——光直线传播时,物体后完全照射不到光的暗区.半影——光直线传播时,物体后有部分光可以照射到的半明半暗区域.2.基本规律(1)光路可逆原理光线逆着反射线或折射线方向入射,将沿着原来的入射线方向反射或折射.(2)光的独立传播规律光在传播时虽屡屡相交,但互不扰乱,保持各自的规律继续传播。
(3)光的直线传播规律先在同一种均匀介质中沿直线传播。
小孔成像、影的形成、日食、月食等都是光沿直线传播的例证。
(4)光的反射定律反射线、人射线、法线共面;反射线与人射线分布于法线两侧;反射角等于入射角。
(5)光的折射定律折射线、人射线、法织共面,折射线和入射线分居法线两侧;对确定的两种介质,入射角(i)的正弦和折射角(r)的正弦之比是一个常数.介质的折射串n=sini/sinr=c/v。
全反射条件①光从光密介质射向光疏介质;②入射角大于临界角A,sinA=1/n。
3.常用光学器件及其光学特性(1)棱镜光密煤质的棱镜放在光疏煤质的环境中,入射到棱镜侧面的光经棱镜后向底面偏折。
光学实验基本知识在基础物理实验中,光学实验是重要的基础实验之一,实验和理论的联系十分密切。
学生将通过研究一些最基本的光学现象,接触一些新的概念和实验技术,学习和掌握光学实验的基本思想、基本知识和基本方法,学会使用常用的光学仪器,掌握它们的构造原理及使用,培养基本的光学实验技能。
光学实验的注意事项在光学实验中使用的仪器比较精密,光学仪器的调节也比较复杂,只有在了解了仪器结构、性能、原理的基础上建立清晰的物理图像,才能选择有效而准确的调节方法,判断仪器是否处于正常的工作状态。
光学仪器的主体是光学元件,光学元件的表面经过精细抛光,有的还镀膜,使用时一定要十分小心、谨慎,不能粗心大意。
光学仪器在使用时必须遵守下列原则1.在使用仪器前必须认真阅读仪器说明书,详细了解仪器的结构、工作原理,调节光学仪器时要耐心细致,切忌盲目动手。
必须详细了解仪器的使用方法和操作要求后才能使用。
2.使用和搬动光学仪器时,应轻拿轻放,避免受震磕碰和失手跌落。
光学元件使用3.不准用手触摸仪器的光学表面,如必须要用手拿某些光学元件(如透镜、棱镜、平面镜等)时,只能接触非光学表面部分,即磨砂面。
如透镜的边缘、棱镜的上、下底面。
4.光学表面如有轻微的污痕或指印,可用特制的擦镜纸或清洁的麂皮轻轻揩去,不能加压力硬擦,更不准用手帕或其他纸来揩。
5.在暗室中应先熟悉各仪器和元件安放的位置,在黑暗环境中摸索光学仪器时,手6.光学仪器的机械结构较精细,操作时动作要轻,缓慢进行,用力要均匀平稳,不7.光学仪器的装配很精密,拆卸后很难复原,因此严禁私自拆卸仪器。
光学实验离不开光源,光源的正确选择对实验的成败和结果的准确性至关重要。
1.低压钠灯钠光灯是钠蒸气放电灯。
灯内在高真空条件下放入金属钠,并充入适量的惰性气体,泡壳由耐钠腐蚀的特种玻璃制成。
灯丝通电后,惰性气体电离放电,灯管温度逐渐升高,金属钠逐渐气化,然后产生钠蒸气弧光放电,发出较强的钠黄光。
钠黄光光谱含有589.0nm和589.6nm两条特征光谱线,钠黄光波长通常取平均值589.3nm。
弧光放电有负阻现象。
为防止钠光灯发光后电流急剧增加而烧坏灯管,在钠光灯供电电路中需串入相应的限流器。
GP20Na低压钠光灯,其额定功率为20W,额定工作电压为15V,工作电流为1.2A。
由于钠是一种难熔金属,一般通电后要过十余分钟钠蒸气才能达到正常的工作气压而稳定发光。
2.低压汞灯低压汞灯灯管内充有汞及惰性气体氖或氩,工作原理和钠光灯相似。
它发出绿白色光,在可见光范围内的主要特征谱线是:579.1nm、577.0nm、546.1nm、435.8nm和404.7nm。
其中546.1nm和435.8nm两条谱线较强。
低压钠灯和汞灯关闭后要过大约10分钟才允许重新启动。
3.氦氖激光器(He-Ne激光器)氦氖激光器是一种单色性好、方向性强、亮度高、相干性好的实验室常用光源。
发出波长为632.8nm的红光。
激光管内充有按一定配比的氦气和氖气,在管端两极上加以直流高压才能激发出光。
腔长250mm激光管的工作电压大约1600V,启动时的激发电压就更高,使用中应注意人身安全。
最佳工作电流约5mA,此时输出功率最大,使用寿命也长。
使用时要注意激光管的正、负电极,不能把高压电源的正极接激光管的负极,否则会造成阴极溅射,污染激光管两端的反射镜,影响激光器正常工作。
激光器关闭后,也不能马上触及两电极,否则电源内的电容器高压会电击伤人。
另外,激光束光强度大,实验2光的等厚干涉在对光的本质的研究中,是光的干涉现象首先使人们认识到光的波动性质。
牛顿环是光的干涉现象的极好演示。
牛顿为了研究薄膜颜色,曾经用凸透镜放在平面玻璃上的方法做实验。
1675年,他在给皇家学会的论文里记述了这个被后人称做牛顿环的实验。
19世纪初,托马斯·杨用光的干涉原理解释了牛顿环,并参考牛顿的测量计算了与不同颜色的光对应的波长和频率。
光的干涉在科研、生产和生活中有着广泛应用,如用来检查光学元件表面的光洁度和平整度,用来测量光波波长,测量微小厚度和微小角度等等。
以光的干涉为基础的光学仪器的发展,使许多精密测量得以实现。
本实验用牛顿环装置测量平凸透镜的曲率半径及用劈尖装置测量微小厚度,可以深刻地理解等厚干涉现象及其应用。
实验目的和学习要求1.观察光的等厚干涉现象,了解等厚干涉的特点;2.用牛顿环装置测量平凸透镜的曲率半径;3.用劈尖干涉法测量细丝直径或微小厚度;4.掌握读数显微镜的调整和使用。
实验原理1.光的等厚干涉如图2-1,当波长为λ的单色光垂直人射达到空气薄图2-1 等厚干涉原理膜的上表面时,一部分反射(图中光束1),另一部分透射继续前进达到下表面并在下表面再次发生反射和折射(图中光束2)。
1、2两束光是从同一束光分出来的,因而它们具有相干性。
光束2在薄膜内多走了一个来回,所以当1、2两束光相遇时,它们之间就有了一个光程差。
若恰等于半波长的奇数倍,相遇时振动方向相反,振动合成时振幅相抵消,即两波叠加发生相消干涉,在两波相遇处形成暗纹;若恰等于的偶数倍,则发生相长干涉,形成亮纹。
如果两波的光程差既不等于的奇数倍,又不等于偶数倍,则叠加后的光强介于最亮和最暗之间,光强随δ而不同。
可见明、暗条纹之间没有分界线,光强是逐渐变化的。
干涉场中某点的光强取决于光程差,而光程差与薄膜厚度有关,所以干涉条纹恰描绘出薄膜的等厚线,同一条(级)干涉条纹对应于薄膜厚度相同处的轨迹,故称为等厚干涉条纹。
牛顿环和劈形膜干涉都是由振幅分割法产生的干涉,并且是在膜的厚度相同的地方产生同一级干涉条纹,因此称为等厚干涉。
形成等厚干涉的条件是: 薄膜厚度(或折射率)不均匀。
‚光从垂直方向入射到薄膜上并在垂直于薄膜的方向上观察。
2.利用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径将一透镜的凸面向下置于一平面玻璃上(图2-2),其中心良好接触,于是在透镜下表面与平面玻璃上表面之间形成一个由中心向边缘逐渐增厚的空气薄层(即空气薄膜),该空气薄膜的等厚线是一些同心圆。
当光垂直入射到空气薄膜上,并迎着反射光向薄膜看去,就可以看到薄膜上不等间距的同心圆环条纹。
若入射光是单色光,圆环是明暗相间的(图2-3);若入射光是白光,则条纹是彩色的,中心部分犹如彩虹。
图2-2 牛顿环装置图2-3 牛如图2-4,若第k级干涉圆环的半径为,对应空气薄膜的厚度为,由图2-4的几何关系可知:式中R是透镜凸面AOB的曲率半径,且>>。
故忽略上式中的,得到:(2-1)由于干涉暗纹是出现在薄膜厚度等于半波长的整数倍的那些地方,即图2-4 R和的关系(2-2)将2-2式代人2-1式,得到(2-3)由2-3式,如果已知入射光的波长,测得某一暗环的半径并数出它的级次k(薄膜厚度为零的中心为k=0),就可以算出透镜的曲率半径R了。
然而仔细观察发现:零级暗纹不是一个点,而是一个不甚清晰的暗斑,甚至有可能是一个亮斑。
其原因是从中心接触点沿半径向外,h连续增大,光程差相应连续增大,从暗到明光强逐渐增加,所以不可能是一个清晰的暗点;又因镜面上可能有尘埃存在,造成中心点可能不是光学接触,所以中心不一定是零级暗纹中心,甚至根本不是零级条纹。
这就给实际测量带来了困难: 干涉环的圆心位置不能确定,测无起点;‚不知道中心是第几级条纹,无法确定所测圆心的k。
因此,我们运用转换测量法,以避开级次k和半径的绝对测量。
设第m环半径为,第n环半径为,分别代入2-3式,并将两式相减,于是得到(2-4)为了便于测量和数据处理,将上式写成:(2-5) 式2-5中分子是任意两暗环直径的平方差,分母中的(m-n)是它们相隔的环数。
对比前述式2-3,我们此刻所关心的不再是第m环和第n环的实际级次,而是它们的级差(m-n),且级差(m-n)很容易数出来,因此利用上式可以方便地测量透镜的曲率半径。
3.利用劈尖干涉测量微小厚度劈尖装置如图2-5。
将两块玻璃平板的光学平面相对叠放,其一端夹入待测薄片或细丝,于是在两玻璃之间形成一楔形空气薄膜——劈尖。
用单色光垂直入射在劈尖薄膜上就形成等厚干涉条纹,干涉图样为一组与玻璃板交线相平行的、等间距的平行直条纹。
将式2-2运用于空气劈尖。
数出图2-5 劈尖装置从玻璃板交线到细丝所在处的暗纹条数N,就可以算出细丝直径如果N很大,为了简便,可先测出单位长度内的暗纹条数和从交线到金属丝的距离L,那么(2-6) 劈尖干涉不仅可以用来测量细丝直径和微小厚度,还可以用来检验光学表面。
将待检验表面与标准的光学表面相对叠合,用单色光垂直入射并在反射方向上观察干涉条纹,同时用手轻压使空气薄膜厚度发生变化,通过干涉条纹的图样及其相应的变化(形状、疏密分布、移动方向等)判定被检验表面的质量。
这种方法普遍用于光学元件(凸透镜、凹透镜、平晶)的冷加工中。
实验仪器读数显微镜是一种光学测量仪器,具有准确度高,结构简单,操作方便,应用广泛,可进行非接触测量等优点。
读数显微镜由一只显微镜和读数移动装置组成。
显微镜装在一个较精密的移动装置上,使之能够在垂直光轴的一定方向移动,移动的距离可以从读数装置读出。
显微镜由目镜、分划板和短焦距物镜组成。
目镜可相对于分划板上下移动,以适应不同视力的观察者看清分划板的准丝。
镜筒可上下移动改变物镜与待测物的距离,达到调焦的目的,使被观察目标在分划板上成像清晰。
分划板刻有十字叉丝,作为读数准线。
显微镜移动距离可以从标尺和测微鼓轮上读出,标尺刻度长0~50mm,格值1mm。
测微螺旋的螺距为1mm,微分鼓轮圆周分成100个分格,每转一分格显微镜移动0.01mm。
当测微鼓轮转动时,镜筒支架带动镜筒沿导轨移动。
鼓轮上最小分度为0.01mm,鼓轮转一周,镜筒移动1mm。
1.使用要点①.调视度:调节目镜筒,看清分划板上的叉丝。
‚.调焦:转动调焦手轮,由下至上移动显微镜筒,改变物镜到被测物的距离,看清被测物的像,并消除视差。
ƒ.转动微分鼓轮,横向移动显微镜,使叉丝的交点和被测量的目标对准。
….读数:从标尺上读出毫米以上整数部份,从鼓轮读出毫米以下的读数部份,再估读到毫米的千分位。
然后再转动微分鼓轮移动显微镜,使叉丝交点与被测物的另一目标对准然后读数,两次读数之差即为被测量的目标两点间的距离。
2.使用注意事项①.测量时应使十字叉丝的水平线保持与标尺平行,十字叉丝的垂直线作为读数准线;或者借助于水平准丝放置被测长度与标尺平行,为此需调节分划板十字准线的水平线与标尺平行。
调节方法如下:由于十字叉丝中心交点的运动轨迹总是平行于标尺的,所以需要在载物台上平行于标尺置一直线参照物(如整齐的纸边、尺刃、狭缝边等)。
从显微镜中观察,调节参照物使准线交点落在参照直线上。
转动鼓轮移动显微镜筒,检查准线交点的运动是否始终沿着参照直线,若有差异,则应微小转动参照物,反复检查调整直到准线交点始终沿着参照直线移动,旋松锁定目镜的螺钉,转动目镜,使分划板准线的横线与参照直线重合,最后再锁定目镜。