双棱镜干涉实验.docx

双棱镜干涉实验 【实验目的】 ?掌握用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解. ?学会用双棱镜测定钠光的波长. 【实验仪器】光具座、白屏、单色光源钠灯、测微目镜、短焦距扩束镜、白炽灯、氦氖激光 器、毛玻璃屏、滑块（若干个）、手电筒可调狭缝、双棱镜、辅助透镜、白屏、凸透镜（不 同焦距的数个）。 【实验原理】 如果两列频率相同的光波沿着几乎相同的方向传播，并且它们的位相差不随时间而变 化，那么在两列二少光波相交的区 域，光强分布是 化，那么在两列 二少 光波相交的区 域，光强分布是 不均匀的，而是 在某些地方表现 为加强，在另一些地方表现为减弱 （甚至可能为零）, 这种现象称为光的干涉. 菲涅耳利用图1所示的装置，获得了双光束的干涉现象?图中 AB是双棱镜，它的外形 TOC \o "1-5" \h \z 结构如图2所示，将一块平玻璃板的一个表面加工成两楔形板，端面与棱脊垂直，楔角 A 较小（一般小于10） ?从单色光源发出的光经透镜 L会聚于狭缝S,使S成为具有较大亮度的 线状光源.从狭缝 S发出的光，经双棱镜折射后，其波前被分割成两部分，形成两束光，就 好像它们是由虚光源 S1和S2发出的一样，满足相干光源条件，因此在两束光的交叠. 区域 图1 图2 P1P2 内产生干涉?当观察屏 P离双棱镜足够远时，在屏上可观察到平行于狭缝 S的、 明暗相间的、等间距干涉条纹. 设两虚光源S1和S2之间的距离为d，虚光源所在的平面（近似地在光源狭缝 S的平面 内）到观察屏P的距离为d，且d d ,干涉条纹间距为 X ,则实验所用光源的波长 为 d x d 因此，只要测出d、d和x，就可用公式计算出光波波长. 【实验内容】 1 ?调节共轴 （1） 将单色光源 M会聚透镜L,狭缝S,双棱镜AB与测微目镜P放置在光具座上.用 目视法粗略地调节它们中心等高、共轴，棱脊和狭缝 S的取向大体平行. （2） 点亮光源M通过透镜L照亮狭缝S,用手执白纸屏在双棱镜后面检查： 经双棱镜折 射后的光束，有否叠加区 P1P2 (应更亮些)?叠加区能否进入测微目镜 ？当移动白屏时，叠加 区是否逐渐向左、右(或上、下)偏移？ 根据观测到的现象，作出判断，进行必要的调节使之共轴. 调节干涉条纹 ⑴减小狭缝S的宽度，一般情况下，可从测微目镜中观察到不太清晰的干涉条 纹(测微目镜的结构及使用调节方法见实验基础知识有关内容)。绕系统的光轴缓 慢地向左或右旋转双棱镜 AB,当双棱镜的棱脊与狭缝的取向 严格平行 时，从测微目镜中可 观察到清晰的干涉条纹. (2)在看到清晰的干涉条纹后，为便于测量，将双棱镜或测微目镜前后移动，使干涉条 纹的宽度适当.同时只要不影响条纹的清晰度， 可适当增加狭缝S的缝宽，以保持干涉条纹 有足够的亮度.(注：双棱镜和狭缝的距离不宜过小，因为减小它们的距离， S1、S2间距也 将减小，这对d的测量不利.) 测量与计算 用测微目镜测量干涉条纹的间距 X ?为了提高测量精度，可测出n条(10?20条)干 涉条纹的间距 x，除以n,即得 X ?测量时，先使目镜叉丝对准某亮纹 (或暗纹)的中心， 然后旋转测微螺旋，使叉丝移过 n个条纹，读出两次读数?重复测量几次，求出 x. 用光具座支架中心间距测量狭缝至观察屏的距离 d ?由于狭缝平面与其支架中心不 重合，且测微目镜的分划板(叉丝)平面也与其支架中心不重合， 所以必须进行修正， 以免导 致测量结果的系统误差?测量几次，求出 d. 用透镜两次成像法测两虚光源的间距 d?参见图3,保持狭缝S与双棱镜AB的位 置不变，即与测量干涉条纹间距 X时的相同(问：为什么不许动?)，在双棱镜与测微目镜 之间放置一已知焦距为 f的会聚透镜L，移动测微目镜使它到狭缝 S的距离d 4f，然 后维持恒定?沿光具座前后移动透镜 L，就可以在L的两个不同位置上从测微目镜中看到 两虚光源S1和S2经透镜所成的实像 Sl和S，其中一组为放大的实像，另一组为缩小的实 -D-图3像.分别测得两放大像的间距 di和两缩小 像的间距d2 ,则按下式即可求得两虚光源 的间距d?多测几次，取平均值 d -D- 图3 d . d1d2 (4)用所测得的 (4)用所测得的 x、 d、d值，代 入式(7-1)，求出光源的波长 (5)计算波长测量值的标准不确度. 【注意事项】 (1)使用测微目镜时，首先要确定测微目镜读数装置的分格精度， 要注意防止回程差，旋转 读数鼓轮时动作要平稳、缓慢，测量装置要保持稳定. （2） 在测量d值时，因为狭缝平面和测微目镜的分划板平面均不和光具座滑块的读数准 线（支架中心）共面，必须引人相应的修正 （例如，GP一 78型光具座，狭缝平面位置的修正 量为42.5mm MCU一 15型测微目镜分划板平面的修正量为 27