双棱镜干涉测光波波长

大学物理实验课教案

虞学红（）一、教学课题

双棱镜干涉（教材光学实验部分，第131页—134页）

二、实验目的

1. 观察描述双棱镜干涉现象。

2. 理解产生干涉的条件。

3. 掌握用双棱镜干涉测定光波波长的方法。

三、重点和难点

重点：测微目镜的使用。

难点：相干光源的获得；虚光源间距的测量。

四、实验仪器

1：钠光灯；2：可调狭缝；3：双棱镜；4：测微目镜；

5：凸透镜；6：像屏；7：光具座及附件

五、实验原理

1、相干光源的获得（难点）

图1：虚光源示意图

如图所示，双棱镜AB是由两个折射角很小的直角棱镜组成的。借助棱镜界面的两次折射，可将光源（单缝）发出的光的波阵面分成沿不同方向传播的两束光。这两束光相当于由虚光源S1、S2发出的两束相干光，于是它们在相重叠的空间区域内产生干涉。在接收装置——测微目镜上将看到明暗交替的干涉条纹。

2、波长计算公式的推导

图2：双棱镜干涉条纹计算图

设S1、S2的间距为d(右图)，由S1和S2到观察屏的距离为D。若观察屏中央O点与S1和S2距离相等，则有S1和S2射来的两束光的光程差等于零，在O点处两光波互相加强，形成中央明条纹。其余的明条纹分别排列在O点的两旁。假定P是观察屏上任意一点，

它离中央O 点的距离为X 。在D 较d 大很多时，则有

D x d ≈δ。 当λδk D xd == （???±±=2,1,0k ）或λk d

D x = (???±±=2,1,0k )，则两束光在P 点相互加强，形成明条纹。当()212λδ-==k D xd （???±±=2,1,0k ）或()2

12λ-=k d D x （???±±=2,1,0k ），则两束光在P 点相互削弱，形成暗条纹。 相邻两明（或暗）条纹的距离为λD D x x x k k =

-=?=1。测出D 、d 和相邻两条纹的间距△X 后，由上式即可求得光波的波长。x D

d ?=λ 3、薄凸透镜两次成像法（共轭法）测虚光源间距（难点）

用透镜两次成像法测两虚光源的间距d 。保持狭缝与双棱镜原来的位置不变。在双棱镜和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的距离大于4f 。前后移动透镜和光屏，使狭缝经双棱镜折射而成的虚光源通过透镜在屏上成一清晰的像。固定测微目镜于光屏的位置，分别测得两次清晰成像时实像的间距d1和d2。各测3次，取其平均值，再计算21d d d =值

图3：两次成像法测虚光源的间距d

六、数据记录

结合数据记录，重点介绍测微目镜的使用。介绍逐差法处理数据。

七、实验注意事项（在演示中强调并加以解释）

1 测微目镜读数时，读数鼓轮应始终沿同一个方向旋转，以免产生回程差。

2 保护光学元件，不可用手触摸光学面。

3 注意测微目镜的量程范围，不可使双刻线移动范围超出量程（0-8mm ）。

八、思考题（课堂随机布置，在实验报告中回答）

1．根据实验调节过程，说明得到清晰的、对比度好的干涉条纹的关键是什么？

答：为获得对比度好、清晰的干涉条纹，调节好的光路必须满足以下条件：（1）光路中各元件同轴等高。（2）单缝与双棱镜棱脊严格平行，通过单缝的光对称地射在双棱镜的棱脊上。（3）单缝宽窄合适，否则干涉条纹对比度很差。

2．结合实验现象，讨论分析单缝宽度对干涉现象的影响，改变单缝与双棱镜的间距时，干涉条纹的变化规律以及移动测微目镜时干涉条纹的变化情况。