细丝直径测量实验报告
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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 λ
λλ
⎧⎪
∆=+=⎨+⎪⎩
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=×10-6mm.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