干涉法测微小量实验教案
大物实验——双棱镜干涉实验(七)
双棱镜干涉实验 学生姓名：陈延新学号：111050104 班级：应用物理1101 实验项目名称：双棱镜干涉实验 一、实验目的： 1、掌握菲涅尔双棱镜获得双光干涉的方法； 2、验证光的波动性，了解分波阵面法获得相干光的原理； 3、观察双棱镜产生光干涉现象和特点，用双棱镜测定光波的波长 4、通过用菲涅耳双棱镜对钠灯波长的测量，掌握光学测量的一些基本技巧，培养动手能力。 二、实验仪器： 单导体激光器，钠光源，扩束镜，双棱镜，二维调节架，透镜，测微目镜，测量显微镜，白炽光，光具座 三、实验原理： （1）、菲涅耳双棱镜实际上是一个顶角极大的等腰三棱镜，如图1所示。它可看成由两个楔角很小的直角三棱镜所组成，故名双棱镜。当一个单色缝光源垂直入射时，通过上半个棱镜的光束向下偏折，通过下半个棱镜的光束向上偏折，相当于形成S′1和S′2两个虚光源。与杨氏实验中的两个小孔形成的干涉一样，把观察屏放在两光束的交叠区，就可看到干涉条纹。
其中，ｄ是两虚光源的间距，D是光源到观察屏的距离，λ是光的波长。用测微目镜的分划板作为观察屏，就可直接从该测微目镜中读出条纹间距△x值，D为几十厘米，可直接量出，因而只要设法测出ｄ，即可从上式算出光的波长λ，即 △x=Dλ/d , λ=△xd/D （1） 测量ｄ的方法很多，其中之一是“二次成像法”，如图2所示，即在双棱镜与测微目镜之间加入一个焦距为f的凸透镜L，当D＞4f 时，可移动透镜L而在测微目镜中看到两虚光源的缩小像或放大像。分别读出两虚光源像的间距ｄ1和ｄ2，则由几何光学可知： ｄ＝2 d（2） 1d （2）、实验装置 光具座，双棱镜，测微目镜，钠光源，可调狭缝 测微目镜是用来测量微小实像线度的仪器，其结构如图3所示，在目镜焦平面附近，的一块量程为8mm的刻线玻璃标尺，其分度值为1mm （如图3（ｂ）中的8条短线所示）在该尺后0.1mm处，平行地放置了
迈克尔逊干涉仪实验报告87789
迈克耳逊干涉仪 一.实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构和原理，掌握调节方法； 2.用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长和精细结构。 二.实验仪器 迈克尔逊干涉仪、钠光灯、透镜等。 三.实验原理 迈克耳孙干涉仪原理如图所示。两平面反射镜M1、M2、光源 S和观察点E （或接收屏）四者北东西南各据一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿导轨做精密移动。G1和G2是两块材料相同薄厚均匀相等的平行玻璃片。G1的一个表面上镀有半透明的薄银层或铝层，形成半反半透膜，可使入射光分成强度基本相等的两束光，称G1为分光板。G2与G1平行，以保证两束光在玻璃中所走的光程完全相等且与入射光的波长无关，保证仪器能够观察单、复色光的干涉。可见G2作为补偿光程用，故称之为补偿板。G1、G2与平面镜M1、M2倾斜成45°角。
如上图所示一束光入射到G1上，被G1分为反射光和透射光，这两束光分别经M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分别被透射和反射，于E处相遇后成为相干光，可以产生干涉现象。图中M′2是平面镜M2由半反膜形成的虚像。观察者从E处去看，经M2反射的光好像是从M′2来的。因此干涉仪所产生的干涉和由平面M1与M′2之间的空气薄膜所产生的干涉是完全一样的，在讨论干涉条纹的形成时，只需考察M1和M2两个面所形成的空气薄膜即可。两面相互平行可到面光源在无穷远处产生的等倾干涉，两面有小的夹角可得到面光源在空气膜近处形成的等厚干涉。若光源是点光源，则上述两种情况均可在空间形成非定域干涉。设M1和M′2之间的距离为d，则它们所形成的空气薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1与M′2平行，则各处d相同，可得等倾干涉。系统具有轴对称不变性，故屏E上的干涉条纹应为一组同心圆环，圆心处对应的光程差最大且等于2d,d 越大圆环越密。反之中心圆斑变大圆环变疏。若d增加则中心“冒出”一个条纹，反之d减小则中心“缩进”一个条纹。故干涉条纹在中心处“冒出”或“缩进”的个数N与d的变化量△d之间有下列关系 根据该关系式就可测量光波波长λ或长度△d。 钠黄双线的精细结构测量原理简介： 干涉条纹可见度定义为：当，时V=1， 此时干涉条纹最清晰，可见度最大；时V=0，可见度最小。 从一视见度最低的位置开始算起，测量一次视见度最低处的位置，者其间的光程差 为，且由关系算出谱线的精细结构。 四.实验结果计与分析 次数初读数 d1（mm） 末读数 d2（mm） △ d=|d1-d2| (mm) (nm)(nm ) 137.7247937.754420.02963592.6592.6
一种光电方法测量微小位移
一种光电方法测量微小位移 摘要 高精度的测量广泛的应用于微电子、超精加工、生物工程、未来医学、航天技术、材料科学、纳米操作等高技术产业中，且成为这些领域的关键技术，也成为许多领域不断进步的制约性因素。 干涉的方法测量长度是激光在几何量测量中最重要的应用。以迈克尔逊干涉仪为代表的光波干涉法一直是公认的精密测量长度和位移的有力手段。激光的出现与发展给干涉测量长度提供了极好的相干光源，光波干涉技术测量逐渐成为科研与生产中精密测量的重要手段。但是测量方法受限于光源单色性差和人眼计数的误差，再加许多其它客观外部因素的存在，很难统计干涉条纹，从而造成很大的误差。 为了提高测量的精确度，本文采用线阵CCD为条纹记录工具，通过后台电路，对干涉条纹的图像进行分析得到微小位移量。本文的主要研究内容有： 第一、线阵CCD的结构及工作原理。 第二、迈克尔逊干涉实验的分析研究，阐明利用激光干涉测量位移量的原理，设计出简单实用的干涉测量光路。 第三、用设计的实验装置进行实际测量，并对其测量数据进行数据处理和结果分析。 最后，根据实验结果，比对和分析采用的实验方法的可行性和不足，并对后继工作提出一些需要改进和完善的地方。 关键词：微小位移，激光，干涉条纹，干涉条纹间距，线阵CCD
one ABSTRACT KEY WORDS:
目录 前言 (1) 第一章线阵CCD的数据采集系统分析 (3) §1.1 CCD的分类 (3) §1.2 CCD的工作原理 (4) §1.2.1 光电转换 (4) §1.2.2 电荷的存储 (5) §1.2.3 电荷的转移 (6) §1.2.4 电荷的检测 (7) §1.3 CCD的工作原理 (8) 第二章激光干涉的原理介绍及测量分析 (10) §2.1 激光及激光干涉 (10) §2.2 国内外关于高精度测量技术状况 (11) §2.2.1 国外现状分析 (11) §2.2.2 国内的研究现状 (12) §2.3 CCD的工作原理 (13) §2.4 用激光干涉测量位移不足分析 (15) 第三章利用干涉和线阵CCD设计微位移测量 (17) §3.1 实验测量 (17) §3.2 实验测量结果 (18) 第四章误差及影响条件分析 (20) §4.1 系统误差 (20) §4.2 余弦误差 (20) §4.3 死区误差 (20) §4.4 波长修正误差 (21) §4.5 热膨胀误差 (21) 结论 (22)
双棱镜干涉实验
双棱镜干涉实验 【实验目的】 1．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． 2．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 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λ为 x d d ?'= λ 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
光的干涉教案
光的干涉 【教学目标】 1、知识与技能： （1）在学生已有几何光学知识的基础上引导学生回顾人类对光的本性的认识发展过程（2）在复习机械波干涉的基础上使学生了解产生光的干涉的条件和杨氏实验的设计原理。 （3）使学生掌握在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的原因及条件，并了解其有关计算，明确可以利用双缝干涉的关系测定光波的波长。 （4）通过干涉实验使学生对光的干涉现象加深认识。 2、过程与方法 在教学的主要设置了两个探究的问题 （1）在机械波产生干涉现象的知识基础上，学生通过自主学习掌握光的干涉条件，在双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的原因及条件。 （2）小组合作学习探究相邻两条亮条纹（或暗条纹）的间距与什么因素有关。 3、情感态度价值观 培养学生合作的精神、团队的意识和集体的观念，培养学生循着科学家足迹自主探究科学知识的能力，从而真正实现使每个学生都得到发展的目标。 【教学重点】 （1）使学生知道双缝干涉产生的条件，掌握干涉图样的特征。 （2）理解双缝干涉实验中产生亮条纹和暗条纹的条件 （3）理解相邻的亮条纹（或暗条纹）的间距，并能应用这一规律解决实际问题 【教学难点】 (1)对双缝干涉图样中亮条纹和暗条纹产生原因的正确理解 (2)理解影响双缝干涉图样中相邻亮条纹(或暗条纹)间距的因素 【教学方法】 类比、实验、分组探究 【教学工具】 PPT课件、玩具激光光源、光栅（双缝） 【教学过程】 课题引入： 问一：在日常生活中，我们见到许多光学的现象，这些自然现象是如何形成的？ 图片展示：如光的直线传播、彩虹、“海市蜃楼” 引入：自然界中的光现象如此丰富多彩，人们不禁要问光的本质到底是什么？ 新课教学：
氯气的实验室制法练习
高一化学《必修一》氯气的实验室制法课堂练习 1、如图是制取氯气并进行有关氯气 性质实验的装置；装置中C、D 均为洗气瓶；E瓶中有干燥的红布条； F管中有铜丝，右端导管口处放有 脱脂棉；G瓶为集气瓶；H为尾气 吸收装置。试回答： （l）C中试剂是，作用是， D中试剂是，作用是。 （2）E中的现象是，F中的化学方程式为，现象是；脱脂棉的作用是， G中现象是。 （3）H中的试剂是，反应的离子方程式是。 2、氯气的实验室制取与性质验证是高中化学实验的基础实验之一，结合所给的装置图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，回答下列问题。 （1）在制取有毒气体时，通常使用“制备→净化→干燥→收集→尾气处理”五部分装置。在图Ⅰ中E、F属于尾气处理装置，其中E的作用是。 （2）写出图Ⅰ圆底烧瓶中发生反应的化学方程
式；在F中，通常盛放的试剂为，写出该装置中发生反应的化学方程式。 （3）请你结合图Ⅱ，描述该实验的实验现象。 （4）将装有饱和氯水的烧瓶倒置于水槽中，放置在阳光直射处，如图Ⅲ所示。一段时间后，可以观察到，该反应的化学方程式为。（5）用高锰酸钾和浓盐酸在室温下就能很快地制得氯气，由此可以比较二氧化锰和高锰酸钾中氧化性较强的是 ,写出高锰酸钾与浓盐酸反应的化学方程式：。 3、回答有关氯气制备的几个问题： 实验室用浓盐酸、二氧化锰共热制氯气，并用氯气和Ca(OH)2制取少量漂白粉，现已知该反应是放热反应，温度稍高即发生副反应：6Cl2+6Ca(OH)2Ca(ClO3)2+5CaCl2+6H2O。现有两个同学分别设计的两套实验装置如下图： （1）写出制取氯气的离子方程式。 （2）请从以下几个方面对甲乙两套实验装置的优缺点作出评价，并将符合题目要求的选项的序号填在表格中。 a．不容易控制反应速率；b．容易控制反应速率；c．有副反应发生；d．可防止副反应发生；
中学物理教学法《双缝干涉》实验
1、实验名称：光的双缝干涉、光具盘几何光学演示实验 2、实验目的：解中学物理教学中对几何光学、光的干涉、衍射实 验的要求，熟悉光具盘、双缝干涉实验仪的结构、性能，熟练 掌握它们的使用方法和操作技能；通过实验培养借助仪器说明 书学习独立使用仪器的能力；体会新型光具盘在设计上的特色 和尚存在的问题 3、实验教学目的：⑴双缝干涉：学会利用双缝干涉原理测量光的 波长；培养严谨的记录数据、分析数据的习惯。⑵光具盘：学 会利用光具盘中的实验仪器验证几何光学中的基本原理。 4、实验教学要求：认识区分常用几何光学仪器和元件，了解它们 的特点、光路元和用处；本演示实验光路的安装和调整使学生 通过自己动手操作，掌握一定的实验测量方法。学会利用双缝 干涉原理测量光的波长。学会利用光具盘中的实验仪器验证几 何光学中的基本原理。 5、实验在这一章有什么意义：进一步了解光的性质，明白光的干 涉原理和干涉图样的形成。通过光具盘验证光学的原理可以使 学生更直观地看到这些光学原理所对应的光学现象，理论还要 通过实验说话，有助于学生更深刻的理解光的波动性。 6、实验仪器：j2515型双缝干涉试验仪、j2501-1型光具盘演示仪、 学生电源。 7、实验原理：⑴双缝干涉：两条靠的很近的平行双缝，能把一个 线光源发出的光分成两束相干光，当这两列相干光在空间相遇
时，会出现相互加强或相互减弱的现象，即在光程差等于零或等于波长整数倍的地方，相互加强形成亮点；在光程差等于半波长的奇数倍的地方，相互抵消形成暗点。若在双缝后面置一屏幕，则可以见到明暗相间的干涉条纹。⑵光具盘：根据已有光学原理，自行组装光具盘中的光学仪器从而验证所学光学原理对应现象的真实性。 8、 实验的基本方法、基本过程：①按照说明书对实验仪器进行安 装，并进行调节使各部分等高共轴。②在遮光管一端装上观察系统，调节使之出现双缝。③先观察白色光干涉现象，然后观察单色光并记录.④计算。 9、 数据记录 1.红光 d=0.200mm L=600mm 游标尺读数 1 2 3 4 平均值 X 1(mm) 10.52 10.50 10.52 10.50 10.51 X 7(mm) 22.52 22.54 22.54 22.52 22.53 mm X X L d L d 4171067.66 51.1053.22600200.017-?≈-?=--?=?X ?= 红λ 2.绿光 d=0.200mm L=600mm 游标尺读数 1 2 3 4 平均值 X 1(mm) 9.92 9.90 9.92 9.92 9.915 X 7(mm) 19.52 19.52 19.54 19.54 19.53 mm L d L d 4171034.56 915.953.196002.017-?≈-?=-X -X ?=?X ?=绿λ
迈克尔逊干涉仪实验报告精品
1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 实验目的： 1） 学会使用迈克尔逊干涉仪 2） 观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3） 测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源 S 出 发的光经过称 45。 放置的背面镀银的半透玻璃板 P 1 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光， 光 路 1 通过 M 1 镜反射并再次通过 P 1 照射在观察平 面 E 上，光路 2 通过厚度、折射率与 P 1 相同的玻 璃板 P 2 后由 M 2 镜反射再次通过 P 2 并由 P 1 背面的 反射层反射照射在观察平面 E 上。图中平行于 M 的M ' 是M 经 P 反射所成的虚 1 2 2 1 像，即 P 到 M 与 P 到 M ' 的光程距离相等，故从 P 到M 的光路可用 P 到M ' 等 价替代。这样可以认为 M 与 M ' 之间形成了一个空气间隙， 这个空气间隙的厚度 可以通过移动 M 1 完成，空气间隙的夹角可以通过改变 M 1 镜或 M 2 镜的角度实现。 当 M 与M ' 平行时可以在观察平面 E 处观察到等倾干涉现象，当 M 与M ' 有一 1 2 1 2 定的夹角时可以在观察平面 E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当 θ =0 时的光程差 δ 最大，即圆心所对应的
1 2 1 2 干 涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心 “冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小， 最后“淹没”在中心处。 每“冒” 出或“ 缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长， 也就是 M 与 M ’ 之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’ 之间距离改变了 △d 时，观察到 N 个干涉环变化，则 △d=N 由此可测单色光 的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到 随着动镜 M 1 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即 反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化， 利用这一特性， 可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1） ）观察非定域干涉条纹 1） 通过粗调手轮打开激光光源， 调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜 M 2 入射，取掉投影屏 E ，可以看到两排激光点 2） 粗调手轮移动 M 1 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3） 调节M 1 、M 2 镜后面的两个旋钮， 使两排激光点重合为一排，并使两个最 亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏 E ，就可以看到干涉条纹。 4） 仔细调节 M 、 M 镜后面的两个旋钮，使 M 与 M ' 平行，这时在屏上可 以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5） 转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞” 、“吐”条纹随光程差 改变的变化情况。
双棱镜干涉的深入研究实验报告
双棱镜干涉的深入研究实验 一、问题提出 实验课上我们已经掌握了用双棱镜获得双光束干涉的方法，加深对干涉条件的理解，并且学会了如何用双棱镜测定钠光的波长。本次设计性实验中我们将进一步掌握双棱镜的干涉原理及调节方法，测定两个虚光源之间的距离与狭缝-双棱镜间距之间的关系。主要从以下问题探讨： （一）实验测量双棱镜的楔角，并比较角度不同干涉现象的差异； （二）用多种方法来测两个虚光源之间的距离，并比较优缺点； （三）测定两虚光源之间的距离与狭缝-双棱镜间距之间的关系曲线； （四）利用双棱镜干涉观察He-Ne激光的干涉条纹，并测量氦氖光的波长；（五）将钠光灯换成大灯泡，观察白光的干涉条纹。 二、实验原理 （一）双棱镜楔角的测量 利用分光计测量：将分光机调平处于使用状态，使望远镜光轴与双棱镜的一个面垂直，这时在望远镜的视野中能够清晰看见绿色小十字叉丝的像。 C 双棱镜的外形图：A B 一束沿ＡＢ面法线方向的平行光投射于望远镜中, 测量α时, 当望远镜对准ＡＢ面时, 由望远镜物镜的焦面上发出的光束射到AB面上，一部分反射，形成要测量的像，一部分透射进入棱镜后，分别在AC和BC面上反射回到望远镜中, 所以在测量中, 实际看到的是三个绿色小十字叉丝像。AB面反射的像较亮，AC和BC 面反射的像较暗，望远镜叉丝对准较亮的十字叉丝像测量。当望远镜转到AC和BC 面一侧时，在望远镜中实际看到4个十字像，中间2个像较暗，边上2个较亮，望远镜叉丝应对准A一侧的亮像测量[2]。 将待测双棱镜置于分光计的载物台上，固定望远镜子，点亮小灯照亮目镜中
的叉丝，旋转分光计的载物台，使双棱镜的一个折射面对准望远镜，用自准直法调节望远镜的光轴与此折射面严格垂直，即使十字叉丝的反射像和调整叉丝完全 重合。记录刻度盘上两游标读数V 1、V 2 ；再转动游标盘联带载物平台，依同样 方法使望远镜光轴垂直于棱镜第二个折射面，记录相应的游标读数V 1'，V 2 '，由 此得双棱镜的楔角α为： α=(｜V 1'－V 1 ｜+｜V 2 '－V 2 |)/4 （二）多种方法测两光源之间的间距 1.二次成像法 在“用双棱镜干涉测量光波的波长”时关键是测量两虚相干光源的间距d,目前使用的教科书中一般采用二次成像法测量两虚相干光源的间距，其实验装置和光路图如图1所示： 图1中狭缝光源S发出的光波经双棱镜上下两部分折射后形成两虚相干光源 Ｓ 1和Ｓ 2 ，ｄ通过透镜Ｌ在两个不同位置的二次成像求得，即ｄ＝ 2 1 d d，ｄ 1 为 两虚相干光源通过透镜所成的放大实像间的距离ｄ 2 为两虚相干光源通过透镜所成的缩小实像间的距离[3]。
13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长教案
13.4 实验：用双缝干涉测量光的波长 【教学目标】 （一）知识与技能 1．掌握明条纹（或暗条纹）间距的计算公式及推导过程。 2．观察双缝干涉图样，掌握实验方法。 （二）过程与方法 培养学生的动手能力和分析处理“故障”的能力。 （三）情感、态度与价值观 体会用宏观量测量微观量的方法，对学生进行物理方法的教育。 【教学重点】 双缝干涉测量光的波长的实验原理及实验操作。 【教学难点】 x ?、L 、d 、λ的准确测量。 【教学方法】 复习提问，理论推导，实验探究 【教学用具】 双缝干涉仪、光具座、光源、学生电源、导线、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头、刻度尺 【教学过程】 （一）引入新课 师：在双缝干涉现象中，明暗条纹出现的位置有何规律？ 生：当屏上某点到两个狭缝的路程差Δ=2n ·2 λ ，n =0、1、2…时，出现明纹；当Δ=（2n +1） 2 λ，n =0、1、2…时，出现暗纹。 师：那么条纹间距与波长之间有没有关系呢？下面我们就来推导一下。 （二）进行新课 1．实验原理 师：［投影下图及下列说明］
设两缝S 1、S 2间距离为d ，它们所在平面到屏面的距离为l ，且l >>d ，O 是S 1S 2的中垂线与屏的交点，O 到S 1、S 2距离相等。 推导：（教师板演，学生表达） 由图可知S 1P =r 1 师：r 1与x 间关系如何？ 生：r 12=l 2+（x - 2d ）2 师：r 2呢？ 生：r 22=l 2+（x +2 d ）2 师：路程差|r 1-r 2|呢？（大部分学生沉默，因为两根式之差不能进行深入运算） 师：我们可不可以试试平方差？ r 22-r 12=（r 2-r 1）（r 2+r 1）=2dx 由于l >>d ，且l >>x ，所以r 1+r 2≈2l ，这样就好办了，r 2-r 1=Δr =l d x 师：请大家别忘了我们的任务是寻找Δx 与λ的关系。Δr 与波长有联系吗？ 生：有。 师：好，当Δr =2n ·2λ，n =0、1、2…时，出现亮纹。 即l d ·x =2n ·2 λ时出现亮纹，或写成x =d l n λ 第n 条和第（n -1）条（相邻）亮纹间距离Δx 为多少呢？ 生：Δx =x n -x n -1 =［n -（n -1）］ d l λ 师：也就是Δx =d l ·λ 我们成功了！大家能用语言表述一下条纹间距与波长的关系吗？ 生：成正比。 师：对，不过大家别忘了这里l 、d 要一定。暗纹间距大家说怎么算？ 生：一样。 师：结果如何？ 生：一样。 师：有了相邻两个亮条纹间距公式Δx = d l ·λ，我们就可以用双缝干涉实验来测量光的波长了。 2．观察双缝干涉图样 （教师指导学生按步骤进行观察，也可引导学生先设计好步骤，分析研究后再进行，教师可将实验步骤投影）
迈克尔逊干涉仪实验报告
迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪 摘要：迈克尔逊干涉仪是一种精密光学仪器，在近代物理和近代计量技术中都有着重要的应用。通过迈克尔逊干涉的实验，我们可以熟悉迈克尔逊干涉仪的结构并掌握其调整方法，了解电光源非定域干涉条纹的形成与特点和变化规律，并利用干涉条纹的变化测定光源的波长，测量空气折射率。本实验报告简述了迈克尔逊干涉仪实验原理，阐述了具体实验过程与结果以及实验过程中的心得体会，并尝试对实验过程中遇到的一些问题进行解释。 关键词： 迈克尔逊干涉仪；法布里-珀罗干涉仪；干涉；空气折射率； 一、引言 【实验背景】 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹，主要用于长度和折射率的测量。法布里-珀罗干涉仪是珀罗于1897年所发明的一种能现多光束干涉的仪器，是长度计量和研究光谱超精细结构的有效工具； 它还是激光共振腔的基本构型，其理论也是研究干涉光片的基础，在光学中一直起着重要的作用。在光谱学中，应用精确的迈克尔逊干涉仪或法布里-珀罗干涉仪，可以准确而详细地测定谱线的波长及其精细结构。 【实验目的】 1．掌握迈克尔逊干涉仪和法布里-珀罗干涉仪的工作原理和调节方法； 2．了解各类型干涉条纹的形成条件、条纹特点和变化规律； 3．测量空气的折射率。 【实验原理】 （一） 迈克尔逊干涉仪 1M 、2M 是一对平面反射镜，1G 、2G 是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，1G 称 为分光板，在其表面 A 镀有半反射半透射膜，2G 称为补偿片，与1G 平行。 当光照到1G 上时，在半透膜上分成两束光，透射光1射到1M ，经1M 反射后，透过2G ，在1G 的半透膜上反射到达E ；反射光2射到2M ，经2M 反射后，透过1G 射向E 。两束光在玻璃中的 光程相等。当观察者从E 处向1G 看去时，除直接看到2M 外还可以看到1M 的像1 M 。于是1、2
干涉法测量微小量
干涉法测微小量 （本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》） 光的干涉现象表明了光的波动性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。在干涉现象中，不论是何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目却是可以计量的。因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可得到以光的波长为单位的光程差。 利用光的等厚干涉现象可以测量光的波长，检验表面的平面度、球面度、光洁度，精确的测量长度、角度，测量微小形变以及研究工作内应力的分布等。 通过本次实验，学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面几何特征的方法，用劈尖的等厚干涉测量细丝直径的方法，同时加深对光的波动性的认识。 实验原理 1． 用牛顿环测平凸透镜的曲率半径 当曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时，见图，在透镜的凸面与平面 之间形成一个从中心O 向四周逐渐增厚的空气层。当单色光垂直照射下来时，从空气层上下两个表面反射的光束1和光束2在上表面相遇时产生干涉。因为光程差相等的地方是以O 点为中心的同心圆，因此等厚干涉条纹也是一组以O 点为中心的明暗相间的同心圆，称为牛顿环。由于从下表面反射的光多走了二倍空气层厚度的距离，以及从下表面反射时，是从光疏介质到光密介质而存在半波损失，故1、2两束光的光程差为 2 2λ δ+ =? （1）
式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率1≈n 。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m 个暗环处的空气层厚度为m δ，则有 ...3,2,1,0,2 ) 12(2 2=+=+ =?m m m λ λ δ 2 λ δ? =m m （2） 由图中的几何关系22 2)(m m R r R δ-+=，以及一般空气层厚度远小于所使用的平凸透镜的曲率 半径R ，即R m <<δ，可得 R r m m 22 =δ （3） 式中r m 是第m 个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得 λmR r m =2 （4） 可见，我们若测得第m 个暗环的半径r m 便可由已知λ求R ，或者由已知R 求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径r m 也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m 。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径r m 换成直径D m ，则有 λmR D m 42 = （5）
高中物理选修3-4教学设计4：13.3 光的干涉教案
13.3光的干涉的教学设计 一、教材分析 1．国内以往教材对光的教学都是按光学的两大分支——利用几何学的概念和方法研究光的传播规律的几何光学和研究光的本性以及光与物质相互作用的规律的物理光学而分两章进行，两部分教学内容的处理相对独立．新课标下的光学教材，突出“光的本性”这条主线，将两部分内容整合为一，全章教材内容编排灵动活跃，贴近光学研究高新理念与成果，具有时代气息． 2．教材将《光的干涉》安排在学生可感知的光折射现象研究（第1 节）之后，意在建立有层次的光本性认知平台．在光折射现象研究中得到折射定律后，教材及时引导学生作深层思考：从实验中得出的折射定律1 212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致，是否可以 推测光可能是一种波？“光线”是否应该是光波的波线？为将对光的认知同化至波的图式中去作了自然的铺垫，这样的编排与高中学生的认知水平相适应的，也顺乎人类对光本性认识的进程． 3．本节围绕波的特征现象之一 ——光的干涉的研究展开，以完成“光是一种波”的推理与同化．教材着力于展示典型的光干涉实验及光干涉现象，分析光干涉图样的规律及发生光干涉的条件．教材贯穿了如下的科学方法： 不完整的事实（折射定律1 212sin sin n θθ=与从惠更斯原理得出的结论形式一致） ↓ 假说（光是一种波） ↓ 可检验的依据（是波就会干涉） ↓ 新事实的检验（双缝干涉图样） 二、学情分析 1．学生大多在生活中没有光的干涉现象的体验，但通过高中物理学习，已有水波、声波等机械波干涉的经验与理论，高二学生已有一定的自主构建新知识框架的能力，可以从已感知的机械波干涉现象与规律延伸至待认定的光是波的推想．
迈克尔逊干涉仪实验报告
实验目的： 1）学会使用迈克尔逊干涉仪 2）观察等倾、等厚和非定域干涉现象 3）测量氦氖激光的波长和钠光双线的波长差。 实验仪器： 氦氖激光光源、钠光灯、迈克尔逊干涉仪、毛玻璃屏 实验原理： 1：迈克尔逊干涉仪的原理： 迈克尔逊干涉仪的光路图如图所示，光源S 出发的光经过称。45放置的背面镀银的半透玻璃板1P 被分成互相垂直的强度几乎相等的两束光，光 路1通过1M 镜反射并再次通过1P 照射在观察平 面E 上，光路2通过厚度、折射率与1P 相同的玻 璃板2P 后由2M 镜反射再次通过2P 并由1P 背面 的反射层反射照射在观察平面E 上。图中平行于1M 的'2M 是2M 经1P 反射所成的虚像，即1P 到2M 与1P 到'2M 的光程距离相等，故从1P 到2M 的光路可用1P 到'2M 等价替代。这样可以认为1M 与'2M 之间形成了一个空气间隙，这个空气间隙的厚度可以通过移动1M 完成，空气间隙的夹角可以通过改变1M 镜或2M 镜的角度实现。当1M 与' 2M 平行时可以在观察平面E 处观察到等倾干涉现象，当1M 与'2M 有一定的夹角时可以在观察平面E 处观察到等厚干涉现象。 2：激光器激光波长测量原理： 由等倾干涉条纹的特点，当θ =0 时的光程差δ 最大，即圆心所对应的干
涉级别最高。转动手轮移动 M1，当 d 增加时，相当 于增大了和 k 相应的θ 角 ，可以看到圆 环一个个从中心“冒出” ；若 d 减小时，圆环逐渐 缩小，最后“淹没”在中心处。 每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是 M 与M ’之间距离 变化了半个波长。 若将 M 与 M ’之间距离改变了△d 时，观察到 N 个干涉环变化，则△d =N 由此可测单色光的波长。 3：钠光双线波长差的测定： 在使用迈克尔逊干涉仪观察低压钠黄灯双线的等倾干涉条纹时，可以看到随着动镜1M 的移动，条纹本身出现了由清晰到模糊再到清晰的周期性变化，即反衬度从最大到最小再到最大的周期性变化，利用这一特性，可测量钠光双线波长差，对于等倾干涉而言，波长差的计算公式为： 实验内容与数据处理： （1）观察非定域干涉条纹 1）通过粗调手轮打开激光光源，调节激光器使其光束大致垂直于平面反光镜2M 入射，取掉投影屏E ，可以看到两排激光点 2）粗调手轮移动1M 镜的位置，使得通过分光板分开的两路光光程大致相等 3）调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使两排激光点重合为一排，并使两个最亮的光点重合在一起。此时再放上投影屏E ，就可以看到干涉条纹。 4）仔细调节1M 、2M 镜后面的两个旋钮，使1M 与' 2M 平行，这时在屏上可以看到同心圆条纹，这些条纹为非定域条纹。 5）转动微调手轮，观察干涉条纹的形状、疏密及中心“吞”、“吐”条纹随光程差改变的变化情况。
干涉法测微小量思考题
干涉法测微小量 1. 从空气膜上下表面反射的光线相遇在D 处发生相干，为什么将光程差 2AD CD BC AB λ+-++=?写成2 2λδ+=?？ 答：1.实验所测量的平凸透镜的曲率半径很大，其凸面与平 面玻璃的夹角很小，因此，当光线垂直照射下来时，光线 在空气层上表面的折射角和反射角都很小，于是可将折射 角和反射角忽略，近似认为入射光线、折射光线以及反射 光线在同一条直线上，在加上光在下表面反射时的半波损失，即得式①。 2. 我认为这里由于R 的值是比较大的，故光线在空气膜上下表面发生的反射角度偏差很小，又由于很小，在该范围内ABCD 近似在一条直线上,是可以使用近似AB+BC+CD-AD=2 而不影响结果的。 3.由于半径近1m ，而BO 只有几个毫米，故夹角极小，最多只有 rad 105.23-? ，于 是空气层的上下两表面可以看作平行平面，此时： δ==BC AB CD AD = 所以 2 22λδλ+ =+ -++=?AD CD BC AB 2.牛顿环的中心级次是多少？是亮斑还是暗斑？你试验用的牛顿环中心是亮还是暗？为什么？ 答：1.因为牛顿环中心的空气层厚度为 ，故其级次为 ； 由式①可知，照射到牛顿环中心的光线的光程差为 ，是半波长的奇数倍，故牛顿环中心是暗斑，我实验所用的牛顿环中心是暗斑，与分析结果吻合。 2.(1)牛顿环的中心级次是0(由式而知m=0)；(2)理论上应该是暗斑(由式知其为暗斑)；(3)此次试验用的牛顿环中间有大部分区域都是暗的；(4)因为在中心处凸平面镜与平面玻璃之间存在挤压形变，形成一块接触区域，在这一区域内由为半波长的奇数倍，故应为暗区。 3.
第十三章用双缝干涉测量光的波长【公开课教案】
学校：临清实验高中学科：物理编写人：孙秀芝审稿人：孔庆生 选修3-4第十三章第3节用双缝干涉测量光的波长 一、教材分析 本节是利用光干涉的理论知识进行实验与应用，在实际生活应用中有重要意义，在考试中的地位也举足轻重。 二、教学目标 （1）认识光的干涉现象及产生干涉的条件； （2）理解光的干涉条纹形成原理，认识干涉条纹的特征； （3）用波动说说明明暗相间的干涉条纹，时间上是稳定的，空间上存在的。 三、教学重点难点 [重点难点：本节的重点是利用两相邻亮条纹中心间距的表达式测单色光的波长 四、学情分析（根据个人情况写） 五、教学方法 实验观察、理论分析、学案导学 六、课前准备 双缝干涉仪包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺 七、课时安排：1课时 八、教学过程 (一)预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 （三）合作探究、精讲点拨。 1、实验目的： （1）观测白光及单色光的双缝干涉图样 （2）测定单色光的波长 2、实验原理： （1）光源发出的光经滤光片成为单色光，单色光通过单缝后相当于线光源，经双缝产生稳定的干涉图样，通过屏可以观察到干涉条纹；如果用白光通过双缝可以观察到彩色条纹。（2）若双缝到屏的距离用l表示，双缝间的距离用d表示，相邻两条亮条纹间d的距离用 Δx表示，则入射光的波长为 l x d? = λ。实验中d是已知的，测出l、Δx即可测出光的波长 3、实验器材： 双缝干涉仪包括：光具座、光源、滤光片、单缝、双缝、遮光筒、毛玻璃屏、测量头，另外还有学生电源、导线、刻度尺 4、实验装置： 如教材上图所示，将直径约为10cm、长约为1m的遮光筒平放在光具座上，筒的一端有双缝，另一端装上毛玻璃做光屏，其上有刻度，先取下双缝，打开光源，调节光源高度，使他发出的一束光恰好沿遮光筒的轴线照亮光屏，然后放好单缝和双缝，两屏相距5cm-10cm，使缝互相平行，且位于轴线上，这时可看到彩色干涉条纹，若在单缝屏和光源之间放置一块滤光片，则可以观察到单色干涉条纹。 5、实验步骤：
迈克尔逊干涉仪(实验报告)
一、实验目的 1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法并观察各种干涉图样。 2、区别等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉，测定 He-Ne 激光波长 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光器及光源、小孔光阑、扩束镜（短焦距会聚镜）、毛玻璃屏等。 （图一） （图二） 三、实验原理 ①用 He-Ne 激光器做光源，使激光通过扩束镜会聚后发散，此时就得到了一个相关性很好的点光源，射到分光板 P1和 P2上后就将光分成了两束分别射到 M1 和 M2 上，反射后通过 P1 、 P2 就可以得到两束相关光，此时就会产生干涉条纹。 ②产生干涉条纹的条件，如图 2 所示， B 、 C 是两个相干点光源，则到 A 点的光程差δ =AB-AC=BCcosi , 若在 A 点出产生了亮条纹，则δ =2dcosi=k λ (k 为亮条纹的级数 ) ，因为 i 和 k 均为不可测的量，所以取其差值，即λ =2 Δ d/ Δ k。 四、实验步骤 1、打开激光电源，先不要放扩束镜，让激光照到分光镜 P1 上，并调节激光的反射光照射到激光筒上。 2、调节 M2 的位置使屏上两排光中最亮的两个光点重回，并调至其闪烁。 3、将扩束镜放于激光前，调节扩束镜的高度和偏角，使光能照在 P1分光镜上，看显示屏上有没有产生同心圆的干涉条纹图案。没有的话重复 2 、 3 步骤，直到产生同心圆的干涉条纹图案。 4、微调 M2是干涉图案处于显示屏的中间。 5、转动微量读数鼓轮，使 M1 移动，可以看到中心条纹冒出或缩进，若看不到此现象，先转动可度轮，再转动微量读数鼓轮。记下当前位置的读数 d0 ，转动微量读数鼓轮，看到中心条纹冒出或缩进 30 次则记一次数据，共记录 10 次数据即 d0、 d1 (9)
干涉法测微小量(已批阅)教学文案
干涉法测微小量(已批 阅)
实验题目：干涉法测微小量 实验目的：学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面集合特征的方法，用劈尖的等厚 干涉测量细丝直径的方法，同时加深对光的波动性的认识。 实验原理：1、用牛顿环测平凸透镜的曲率半径 当曲率很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时，会 产 生一组以O 为中心的明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。 如图，1、2两束光的光程差为2 2λδ+=?，式中λ为入射 光 的波长，δ是空气层厚度，空气折射率1≈n 。如果第m 个暗环处空气厚度为δm ，则有 ...3,2,1,0,2 )12(22=+=+ =?m m m λ λ δ 故得到：2 λ δ? =m m 。 利用几何关系有2 2 2 )(m m R r R δ-+=，并根据R m <<δ，得到R r m m 22=δ，联系以上两式， 有 λmR r m =2 换成直径，并考虑第m+n 个环和第m 个环，有λR n m D n m )(42 +=+， λmR D m 42=，故λ n D D R m n m 42 2-= + 那么测量出D m+n 和D m 就可以根据这个表达式得到R 。 2、劈尖的等厚干涉测细丝直径
两片叠在一起的玻璃片，在它们的一端夹一直径待测的细丝， 于 是两玻璃片之间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时，会产生干涉现象。因为程差相等的地方是平行于两玻璃片交线的直线，所以等厚干涉条纹是一组明暗相间、平行于交线的直线。 设入射光波为λ，则得第m 级暗纹处空气劈尖的厚度2 λm d =。 由此可知，m=0时，d=0，即在两玻璃片交线处，为零级暗条纹。 如果在细丝处呈现m=N 级条纹，则待测细丝直径2 λ?=N d 。 3、利用干涉条纹检验光学表面面形 实验内容： 1． 测平凸透镜的曲率半径 （1） 观察牛顿环 1） 将牛顿环仪按图7.2.1-5所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节木架的玻璃片的下方，木架上的透镜要正对着钠光灯窗口，调节玻璃片角度，使通过显微镜目镜观察时视场最亮。 2） 调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，使显微镜筒下降到接近玻璃片，然后缓慢上升，直到观察到干涉条纹，再微调玻璃片角度及显微镜，使条纹更清楚。 （2） 测牛顿环直径 1） 使显微镜的十字叉丝交点与牛顿环中心重合，并使水平方向的叉丝与标尺平行（与显微镜筒移动方向平行）。
氯气的实验室制法——公开课
氯气的实验室制法（公开课） ——主讲人wuyuzhang 一教学目标： 1.知识与技能： ○1使学生了解工业制取氯气的方法——电解饱和食盐水法。 ○2使学生理解掌握实验室制备氯气的原理和方法。 ○3增强学生的实验探究能力和对各装置的理解使用。 2.过程与方法目标： ○1通过创设情景复习回顾氯气的化学性质，达到激发兴趣和考察的目的。 ○2通过对氯气制备过程的分析，让学生领悟实验室制备气体的原则方法。 ○3在进行实验探究的过程中,培养了学生的分析能力、操作能力以及用科学的研究方法解决实际问题的能力。 3.情感态度和价值观目标： 通过这样一节实验探究课，不仅让学生更加深刻的认识了氯气，还学会了如何制取氯气，特别是懂得了对氯气的净化、尾气处理等相关知识，为在生活中面对氯气泄露避免中毒打下了良好的基础。同时，培养了学生的环保意识、产品质量意识。 二教学重点、难点： 重点：氯气实验室制法原理、装置的选择确定 难点：对实验装置的改进和创新 三学情分析： 1．学生已基本掌握了氯气的性质，为氯气的收集、尾气的处理打下基础。 2．同学们在此之前已经学习了O2、H2、CO2等气体的制备，有助于学生对氯气的制取实验进行探究。 3．学生做实验的机会较少、基础知识不够扎实，所以在整个探究过程中仍然还需要教师引导。 四教法、学法： 1．教法：情境引入→实验探究→归纳总结→习题巩固（开放式教学） 2．学法：自主学习、合作学习、探究学习→思维发散、能力提高、意识创新。 五教学用具：教学用PPT、教学用视频 六板书设计： 4.2.4氯气的实验室制法 1工业制取：电解饱和食盐水法（氯碱工业）： 电解的化学方程式为：2NaCl+2H2O通电2NaOH+Cl2↑+H2↑ 电解的离子方程式为：2Cl—+2H2O通电2OH—+ Cl2↑+ H2↑ 2实验室制取： 药品选择→发生装置→收集装置→尾气处理装置 (1) 药品选择 原理：浓盐酸、二氧化锰混合加热 化学方程式：MnO2 +4HCl(浓)MnCl2 +Cl2↑+2H2O 离子方程式：MnO2 +4H++2Cl—(浓)Mn2++Cl2↑+2H2O （2）发生装置：固-液加热型