物理光学实验指导书长春理工大学
物理光学实验指导书张磊陈宇等主编
长春理工大学光电工程学院
2004年
前言
按照“物理光学”教学大纲规定的实验要求，并结合光电工程学院的《物理光学》教学特点及具体的实验情况，我们新编了《物理光学实验指导书》。
本指导教程着眼于物理光学实验的原理及内容，侧重于相关实验现象的分析及理解，以提高学生的综合分析能力的培养，达到理论教学与实验教学的融合及统一。在该实验指导教程中共包含八项实验，系统的介绍了所有实验的原理、内容、步骤、装置等，并在每个实验中都配备了相应的思考题，在编写过程中吸纳了过去实验教学的经验与长处，具有自己的特色。
本教程由光电工程学院张磊、陈宇等主编。
由于本人水平有限，教程中难免有不足之处，衷心希望广大读者对教程中的不足之处给予批评指正。
编者
2003年12月
目录
［实验一］用激光照明的迈克耳逊干涉仪 (1)
［试验二］法布里——珀罗干涉仪实验 (3)
［实验三］扩展光源的夫琅禾费衍射 (5)
［实验四］色散实验 (10)
［实验五］旋光实验 (14)
［实验六］偏振光演示实验 (18)
［实验七］激光衍射光强自动记录系统实验 (19)
［实验八］激光衍射演示实验 (20)
［实验一］
用激光照明的迈克耳逊干涉仪
一、实验目的1、掌握迈克耳逊干涉仪的工作原理并学会调整迈克耳逊干涉仪；
2、了解在激光照明条件下迈克耳逊干涉仪所形成的干涉条纹的特征。
二、实验内容
1、调整迈克耳逊干涉仪并观察其产生的等倾及等厚条纹形态；
2、学会采用迈克耳逊干涉仪测量准单色光的波长。
三、实验仪器
激光照明的迈克耳逊干涉仪一台（含其附件）
四、迈克耳逊干涉仪的原理
迈克耳逊干涉仪的原理光路如图1－1所示。
光源S 发出的光首先到达分光板，的第二
1G 1G 个折射面上涂有半反半透膜层，入射光将在分光面上
同时发生反射及折射，形成1、2两支光路，1光路经
由反射镜反射、透射进入观察系统；2支光路
1M 1G 经补偿板透射、反射镜反射及的分光面反
2G 2M 1G 射之后进入观察系统，1、2两支光路相遇发生干涉通
过观察系统即可观察到干涉条纹。
当采用扩展光源时将形成定域条纹，若此时两个
反射镜相平行，则形成定域于无限远的等倾
21,M M 干涉条纹；若之间有一小的夹角，则将产生
21,M M 等厚条纹，条纹定域在倾斜反射镜附近。反射镜
可以借助于微动鼓轮在精密导轨上前后移
21,M M 动，当前后移动反射镜改变的位置时，将改变虚
2M 平板（或虚楔板）的厚度，条纹将发生移动。图1－1
当采用的是点光源照明的条件下（诸如本次实验），将产生非定域条纹，只要在两只光路重叠的空间里都能产生干涉条纹，因此不用任何成像元件只用一个白屏就能够看见干涉条纹。可见当采用激光点光源照明时比较容易观察到干涉现象。
五、测量步骤
１、首先接通激光器的电源开关，用激光束照明迈克耳逊干涉仪，调整激光管的高低位置，以便使激光将束能进入系统。
２、固定反射镜的位置，调整反射镜后的三个粗调螺钉，使两个反射镜基本垂
1M 2M 直（或基本平行于），此时在观察屏上可以观察到弧状的条纹，如果条纹很密，通过
M M
继续调节反射镜后的三个粗调螺钉能够使条纹变疏并使条纹成圆形并令环的中心处于视2M 场的中心位置处。
３、转动反射镜附近的测微鼓轮，反射镜将发生前后的移动，此时观察屏上2M 2M 的条纹将随着反射镜的移动不断的收缩或者冒出，令视场中心的条纹是亮条纹（或暗条2M 纹），此时读出测微鼓轮上的读数；然后再转动测微鼓轮，数出冒出（或收缩）的条纹数1a 为个，再次读出测微鼓轮上的读数，则两次读数之差即为反射镜移动的距离20=N 2a 2M 。
h ?４、利用公式就能够求出激光的波长。N h 2
=?５、如此反复测量5次取其平均值。
六、思考题
1、激光照明的迈克耳逊干涉仪实验与用扩展光源照明的迈克耳逊干涉仪实验室内有何不同？
2、扩展光源照明的迈克耳逊干涉仪中，补偿板的作用？
［实验二］
法布里——珀罗干涉仪实验
一、试验目的1、掌握法布里——泊罗干涉仪使用方法；
2、进一步理解多光束干涉的理论和条纹特点；
3、测量单色光的波长。
二、实验内容
1、调整F-P 干涉仪能够观察到多光束干涉的条纹图案；
2、测量钠黄光的平均波长。
三、实验仪器
F-P 干涉仪
四、试验原理
F-P 干涉仪属于多光束干涉仪器。图1—1
是该仪器的光路原理图。
12
图1—1F-P 干涉仪原理图由扩展源S（纳光灯）发出的光经镀高反膜表面G 和G 之间的多次反射，变成互相平12行的多光束并且相干，干涉条纹的定域在无限远处。人眼通过由透镜L 和L 组成的望远镜，21便可观察到同心圆环状的等倾干涉条纹，亦可用眼睛直接观察干涉条纹。
G 固定不动，G 可以平移，因此改变G 和G 的间距h。G 和G 始终保持严格平行。211212根据多光束干涉理论，则相邻两束光的光程差为：△=2hcosθ，其中θ是G 和G 之间的反12射角，h 是G 和G 之间的间距，则相位差为
12=
（２－１）
δλθπcos 4h 透射光的干涉强I 满足下式t
=（２－２）
t I I 2sin 112δF +当，即πδm 2=2hcos =m (m=整数)（２－３）
θλ产生等倾两干涉环。当平板的反射率很高时，即F 很大，条纹对比度也很高，并且亮环的宽度变窄。因此在同级于涉条纹中，波长差很小的两条谱线可以分解开。这对于光谱分析和提高测量精度都提供了有利的条件。
五、实验步骤
１、调整法布里一珀罗干涉仪:视察现象
（１）开启钠光灯。拿开毛玻璃，移开望远镜，眼睛通过G 和G 直接看钠光灯的灯丝。12若看到一串灯丝象，则说明G 和G 不平行，应该先调节G 或G 后面的粗调螺钉，直到灯1212丝象重合为止。这时。可以看到隐约可见的圆环条纹。调节粗调螺钉，使得圆环的中心大体上在视场中心。
（２）在钠光灯前面插入毛玻璃，并且把望远镜对准平板。调节目镜，便条纹比较清楚。然后调节支架上的水平和垂直微调螺钉，使得条纹呈圆形，并使圆环的中心刚好在视场中心处。如果条纹不够清楚，应该调节读数鼓轮移动G ，直到条纹清楚为止。
1（３）向一个方向（注意G 和G 不要碰在一起，以免破失仪器！)移动G ，一会同级121干涉条纹出现双环，过了一会又出现单环;连续移动G ，单、双环将周期性地出现。想想看1为什么?
２、测量钠黄光的平均波长λ
当角很小时，(２－3)式变成
θ2h=m (２－4)λ
将上式微分后得
2=或=(２－5)
h ?λ??m λm h
??2对于条纹变化的个数，测量出，可以根据上式计算钠黄光的平均波长。
m ?h ?λ六、思考题
1、用一块不透光的纸插入和之间，挡住一半。问视场中的条纹有何变化？为什1G 2G 么？
2、法布里-珀罗干涉仪和迈克耳逊干涉仪所产生的等倾干涉环之主要区别是什么？想想看为什么？
3、当干涉环向中心收缩时，干涉级次是增加了还是减少了？如果干涉环由中心向外冒出呢？
［实验三］
扩展光源的夫琅禾费衍射
一、实验目的1、验证：在用透镜实现夫琅禾费衍射的条件下，光源与夫琅禾费衍射图（即衍射谱面）是互为共轭的关系（即物、像关系）；
2、加深理解光源的扩展对衍射条纹的影响。
二、实验内容
调整仪器能够观察到夫琅禾费衍射现象，对有关数据进行测量。
三、实验仪器
光具座一个，读数显微镜一台，钠光灯一台，柱面镜一块，单缝、双缝和光栅一个。
四、实验装置与原理
实验装置如图３-1所示。将钠灯、单缝、双缝、柱面镜和读数显微镜按图３-1的编号依次摆在光具座上，用钠灯照射单缝，形成系统的光源。设单缝至柱面镜的距离为，
0l
图３－１扩展光源的夫琅禾费衍射原理图
夫琅禾费衍射谱至柱面镜的距离为，则二者必须满足透镜规律，即：
2l （３－１）
'
02f 1l 1l 1=-式中：表示柱面镜的焦距。
'f
这是一维夫琅禾费衍射装置。取X 轴和Y 轴分别垂直于和平行于柱面镜的母线，则夫琅和费衍射积分为
（３－2）
1x u 2i ux 2i 12dx e e )x (t c )x (u 101π-π-∞∞-?=式中，c 是包括二次位相因子的常量（与积分变量无关），空间频率（３－3）
10l b
u λ=210l l l u λ=此处，b 表示单缝至Y 轴的距离。
设双缝的间距为d，缝宽为a，则它的透射为（３－4）
)]2d x ()2d x ()[a x (
rect )x (t 1111+δ+-δ=将（4）式代入（2）式得到（３－5）
]
d )u u (cos[)]u u (a [c sin ca 2)x (U 002-π-=衍射光的强度为（３－6）]
d )u u ([cos )]u u (a [c sin I 4)
x (U )x (U )x (I 020202*22-π-==当a 很小时，1。这属于双缝干涉的问题，这时，（３－6）式变成u u (a [c sin 0-（３－7）]
d )u u ([cos I 4)x (I 0202-π=由此可见，干涉条纹是等距条纹。相邻两个条纹的音频率间距为
（３－8）d
1u =
?条纹的半宽度为（３－9）
d 1
u 21=
?现在考虑光源扩展（即单缝有一定的宽度W）对干涉条纹的影响。由于钠光是空间非相干光源。所以可以把单缝视为由许多线光源组成的。并且它们彼此之间是不相干的。每一个线光源都产生自己的干涉图，将它们重叠在一起就形成了扩展光源的干涉图。这样一来，只考虑单缝中心和两端的三个线光源产生的干涉图，而其它线光源产生的干涉图分布在其中，取即
2w b ±=
（３－10）
10l 2w
u λ±=对于位于单缝中心的线光源来说。可见位于单缝两端的线光源产生的干涉图(见0u 0=图2－3（a）和（c）)相对于位于单缝中心的线光源产生的干涉图(见图2－3（b）)来说，在空间频率上错开的距离；图2－3（d）表示扩展光源产生的干涉图，可见亮条纹对称地向0u 两侧展宽；条纹的空间频率间隔不变，仍然是
。当不大于时，可以分辨出亮条纹和d 10u d
21暗纹，即（３－11）d
21u 0≤
将（10）式代入（11）式中得到或（３－12）
d l w 1
λ≤w λ
≤β其中，表示干涉孔径角。这个结论与杨氏双缝干涉一致。由此可以推出，当1
l d =β（３－13）
w 4λ
=β时，干涉条纹的对比度不低于0.9。
3
现在我们用多缝代替双缝，分析光源扩展的影响，仍然用a 表示缝宽，用d 表示相邻两
个缝之间的距离。设共有N 个缝，则多缝的透射函数为（３－14）
∑=-δ=N
1
m 111)md x ()a X (rect )x (t 将（14）式代入积分（2）中，可以推导出（３－15）])u u (d sin )u u (Nd sin [
)]u u (a [c sin I 4)x (I 000202-π-π?-=可见，相邻两个条纹的空间频率间隔为，而条纹的空间频率宽度为。也就是说，d 1Nd
2亮条的宽度与N 成反比，N 越大亮纹的宽度越窄，特别是光栅，由于d 很小，而N 又很大。因此衍射条纹的亮很窄。相邻两个亮纹的间距很大。这样，光源的扩展对于双缝衍射和多缝衍射便有很大的区别。举例来说明，设N=10，则扩展光源的衍射条纹如图2-4所示。亮纹的空间频率宽度为
00u 2)Nd 1u (2≈+3
将（３－3）式微分得到
（３－16）
212
0l l X l u λ?=?当时，便是亮条纹的宽度，即
0u 2u =?ε=?2X （３－17）
MW l w l 02==ε
此处表示放大率。（３－17）式得物理意义是，衍射亮条纹实际上就是光源（即0
2l l M =单缝）的像。因此，对于光栅或类光栅物体来说，光源的扩展不会降低条纹的对比度，但使得衍射条纹展宽了。正是这个原因，光栅光谱仪的实际分辨本领与光谱仪的狭缝有关，狭缝越窄分辨本领越高。但是光谱仪器的实际分辨本领不到理论分辨本领。
五、实验步骤
１、用读数显微镜测量单缝的宽度W，以及双缝的间距d 和每个缝的宽度a，一律测量5次，再求平均值，然后将读数显微镜的镜筒水平放置。
２、先将钠光灯，单狭缝和柱面镜按图３-1的编号摆在光具座上。调节支架的高度使三者的中心到导轨的高度相等。然后，接通钠光灯的电源，摆上读数显微镜，调节它的高低，转动显微镜的手轮，使镜筒左右转动，直至光源进入物镜为止。然后转动读数鼓轮，使镜筒前后移动，可以看到单狭缝的像，再旋转目镜使单缝的像清楚为止。
３、将双缝插在单缝和柱面镜之间的支架上，调节高低和左右位置，通过目镜可以看到双缝的夫琅禾费衍射条纹。左、右移动双缝，观察衍射条纹是否移动，如果移动，说明衍射谱面不完全与像面重合。这时，应该转动鼓轮使镜筒前、后移动，同时左、右移动双缝，直至衍射条纹不动为止。这样，衍射谱面与物镜道德像面完全重合。
４、向单狭缝方向移动双缝，直到刚好能分辨开衍射条纹为止，测量，然后，将双缝1l 向柱面镜方向移动，直至衍射条纹最清楚为止，测量。计算二者的干涉孔径角，与理论值1l 相比较，看是否满足（３－12）式和（３－13）式。
５、转动单狭缝（或双缝）观察条纹有何变化？并说明理由。
６、用光栅代替狭缝。前、后、左、右移动光栅，观察衍射条纹是否有变？转动单狭缝，观察衍射条纹有无变化？为什么？
７、用读数显微镜测量相邻两个条纹的间距，再测量单狭缝至柱面镜的距离，2X ?0l 以及它至双缝的距离l，已知钠黄光的平均波长为，光栅刻线数为 mm 105893.03-?=λ，将代入（３－16）式可以推导出mm 50d
1u =?（３－18）
12
02l X d l l λ?=将测量数据代入（３－18）式中，计算，然后利用（３－1）式计算柱面镜的焦距f。
2l 六、思考题
1、在实验过程中，利用如下现象判断夫琅禾费衍射谱面是否与显微镜的像面重合。即：左、右移动衍射物（如双缝、光栅等）。观察衍射条纹是否移动，如果不动，说明二者重合；
如果移动，说明不重合，说明理由。
2、当转动单狭缝（即光源）时，双缝夫琅禾费衍射实验中，观察到什么现象？而在光栅夫琅禾费衍射中，又观察到什么现象？二者有什么区别？为什么？
［实验四］
色散实验
一、实验目的1、掌握通过测量最小偏向角来测量光学折射率的方法；
2、用最小二乘法计算色散方程中的系数。
二、实验内容
调整仪器能够观察到棱镜的色散谱线，对有关数据进行测量。
三、实验仪器
JJY 型分光仪一台，汞灯一台，棱镜一个
四、实验原理
光学玻璃的色散方程可以写成（4-1）
422C B A n λ+λ+=对于不同的玻璃，系数A、B、C 是不同的，可以用实验的方法来确定A、B 和C。原则上，测量三个波长对应的折射率之值，便可以解出A、B 和C。但是，由测量过程中不可避免地产生误差，所以测量三个以上波长对应的折射率之值。这样依据（4-1）中以写出方程组，即：
4
2212C B
A n λ+λ+=42
2222C B A n λ+λ+=43
2323λλC B A n ++=K
K K K K K K （4-2）
4
22m m m C B A n λλ++=使用最小二乘法原理，可以解出A、B 和C。然后将这三个系数代入方程（4-1）中，便得到已知牌号玻璃的色散方程。
测量折射率的方法很多，本实验使用最小偏向角法。见图4-1，、和分别表示α1θ2θ棱镜位顶角，入射角和折射角。当时，折射光线FR 的偏角（即入射光线DN 与折射21θθ=光线FR 的交角）最小，称之为最小偏向角，用表示它。根据折射定律有
min φ，（4－3）
11sin sin i n =θ2
2sin sin i n =θ当时，。根据的内角之和等于180可以推导出21θθ=21i i =DEF ??
图4-1色散实验原理图
（4－4）
221α
==i i 根据的外角等于不相邻的内角之和，可以推导出
DEF ?min φ（4－5）
2min
21?αθθ+==将（4－4）式和（4－5）式代入（4－3）式中得
（4－6）
2sin 2sin
min α?α+=n 可见，用分光仪（测角仪）测量出和，便可以用（4－6）式计算出。因此，该αmin φn 实验的关键在寻找最小偏向角。
min φ因为最小偏向角是唯一的，即只有当：时，，其它位置。于是21θθ=min φφ=min φφ>最小偏向角可以这样来寻找：（见图4-1）
以入射光线DN 为角度原点（即零位）
?0用望远镜瞄准出射光线方向FR。
以平行A 棱的轴线为转轴转动棱镜，FR 方向也将发生变化。由于存在最小偏向角，所以（入射光与出射光夹角）始终大于一个角度。
φmin φ当调整到时，左旋或右旋棱镜出射光线都会向BC 边偏转，细心微量反复转动棱21θθ=镜。瞄准这一极限位置，即是最小偏向角位置。
五、实验步骤
1、调整分光仪
（1）先将棱镜放在载物台上，用半补偿法使得棱镜AB 面和AC 面的法线与望远镜的光轴平行。
（2）接通汞灯电源开关，将棱镜按图4-1光路图摆好，在棱镜AC 面这侧向底边BC 转动望远镜，找到汞灯的光谱线。将望远镜瞄准某条谱线（如紫线）。如果谱线不清楚，先调整望远镜的目镜，使得分划板上的黑十字线最清楚为止。然后，前后移动平行光管的狭缝。使得谱线刚好在分划板上。这时摆动眼睛，谱线相对黑十字线不动。如果谱线过宽，调节狭缝的宽度使谱线变窄。如果谱线偏低或偏高，调节平行光管下面的螺钉，使谱线居中，最后取下棱镜。转动望远镜使得分划板上的竖直黑线与狭缝亮像的中心对齐。锁住望远镜，打开载物台的锁紧螺钉，并转动它使得右侧游标的零刻线与度盘的零刻线对齐，而左侧的游标的零刻线与度盘的刻线对齐。这两个位置便是右、左两侧读数的零位。锁好载物台的锁紧螺?
180钉，准备测量。
2．测量棱镜的顶角α
将棱镜放在载物台上的适当位置（使AB 和BC 两面便于测量）上。转动望远镜使得从AB 面反射回来的黄色十字线的竖线与分划板的黑十字线的竖线对齐，这时望远镜的光轴垂直于
棱镜AB 面，也就是AB 面的法线FN 平行于望远镜的光轴。记下左、右盘的读数，AB n 1?AB n 2?取平均值，然后按同样方法测量AC 面法线的读数即
][2121AB n AB n AB n ???-=][2121
AC n AC n AC n ???-=（4－7）
|
|180AB n AC n ??α--=?反复测量5次，取平均值。
3．测量紫光（）的最小偏向角um 4047.0=λ将棱镜按图4-1的光路摆在分光仪的载物台上，用眼睛可以看到汞灯的各种颜色的谱线。
再转动望远镜大致使分划板的竖十字黑线与紫线对齐，此时按照上面讲的方法，转动载物台，使紫光谱向入射光线方向偏转。当转动到某一位置时如再继续转动，谱线会向相反方向移动。转动望远镜瞄准这一位置，在这一位置附近微量来回转动载物台，观察谱线运动，并使谱线移动到与入射光轴最近的地方，瞄准这一位置，记下读数、，则
左R φ右R φ)180(2
1min -+=右左R R φφφ然后再重复测量三次，计算平均值及均方误差。
min φ4．测量兰光，黄绿光和红光的最小偏向角方法同3，每种都要测量三次，注意各种颜色光之间最小偏向角测定之后，都应校对度盘零位是否移动，如移动应加以补偿。
min φ六、思考题
1．怎样使用色散方程计算棱镜的角色散？并且计算黄双线的角间距？
2．怎样使用色散方程计算棱镜的理论分辨本领？
［实验五］
旋光实验
一、实验目的
1、掌握三分视场测量振动面旋转的原理
2、测量溶液的旋光率二、实验内容
调整旋光仪，观察现象，测量蔗糖溶液的浓度。
三、实验仪器
WZX-1光学度盘旋光仪，量杯二只，天平一台
四、WZX-1光学度盘旋光仪的工作原理
图5－1
该仪器的光学系统如图5-1所示。由光源射出的光（）经过聚光镜、滤um 5893.0=λ色片和起偏器之后成为线偏振光。然后均匀的照射到半波片上。半波片由石英晶体制成，中央切掉一条。设半波片的快轴与起偏器的透射轴成角，则透过半波片后，三分视场中的线α偏振动方向如图5-2所示。设检偏器的透射轴与起偏器的透射轴之间的夹角为，由于三分α视场的中央没有半波片。因此，线偏振光的振动方向旋转角；见图5-3（a），设检偏器的α2透射轴平行半波片的慢轴，仪器的半波片与度盘联动，设此时的读数为
，则经过检偏器之
0θ后，三分视场中的照度分别为α
2031sin I I I ==α
202sin I I =
3
图5－2
此时三分视场的照度是均匀的，见图5-3(b)。式中，表示透过起偏器的光强200
E I =度。如果起偏器转动角（读数为，则）。见图5-3（b）；则透过检偏器之后，θ'θ0
'θθθ-=三分视场的照度分别为（5－1）)
(sin 0'2021αθθ--==I I I （5－2）
)
(sin 0'22αθθ+-=I I 当检偏器转动时，即，由（1）式和（2）式分别α-α
2sin 2031I I I ==
3
此时，三分视场中央最暗，两侧亮，见图5-4（a ）。当检偏器转动时，即
α，由（5－1）式和（5－2）式得
αθθ=-0'0
31==I I
3
此时，三分视场中央亮，而两侧变暗，见5-4（C），刚好与图3(a)的照度反转。当检
偏器转动，即，则三分视场的照度为α-?90αθθ-=-?900'α
2cos 2031I I I ==0
2I I =此时，三分视场中央最亮，而二侧较暗，见图5-4（d）
当检偏器旋动，即时，则
?90?=-900'θθα
20321cos I I I I ===此时，视场照度均匀，见图5-4（e）；但是与图5-4（d）的照度不同，二者互补，而且角越小，二者的区别越大，当检偏器转动，即时，则
αα+?90αθ+=?90'0
31I I I ==α
2cos 202I I =此时，管三分视场两侧最亮，而中央较暗；见图5-4（f），当
和αθθ-?=-1800'时，分别重复图4[a]、[b]和[c]。如果检偏器继续转动到，则重复出图5-4α+?180?360（d）、(e)、(f)。因此，三分视场法的测量范围为，我们选取图5-4(b)为零位，如果?
±180旋光溶液使得振动面旋转角，则三分视场的照度分别为θ（5－3）
)
(sin 0'2031α?θθ---==I I I
大学物理 光学答案
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3π，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5λ B. 1.5n λ C. 3λ D. 1.5λ/n 解： πλπ ?32==?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条 件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增π，因此原来是明条纹的将变为暗条纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. λ/4 B. λ/ (4n ) C. λ/2 D. λ/ (2n ) 6．在折射率为n '=1.60的玻璃表面上涂以折射率n =1.38的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为500.0nm 的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. 30.0nm C. 90.6nm D. 250.0nm 选择题3图
大学物理光学练习题及答案
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占 据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 1 23n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变 K S 1 L L x a E f
物理光学梁铨廷答案
第一章光的电磁理论 在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各 量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ= ==×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s， 初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m，波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 .一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求： （1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写 解：（1）振幅A=2V/m ，频率υ=Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y 轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= .一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=， 试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=，所以折射率n= 写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波 ， 汇聚球面波 。 一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为m ，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E ，B表达式。解：，其中 = = = ， 同理：。 ，其中 = 。 一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。
证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明： = === 证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o ， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃 上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。 解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=。 证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以， =，又根据折射定律，得，则，其中，得证。 利用复数表示式求两个波 和 的合成。 解： = = = =。 两个振动方向相同的单色波在空间某一点产生的振动分别为和 。若Hz，V/m ，8V/m，，，求该点的合振动表达式。 解：= = = =。 求如图所示的周期性三角波的傅立叶分析表达式。解：由图可知， ， =， =）=，（m为奇数），，
大学物理演示实验
大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级：资源1242 姓名：王延平 学号：1201431226
斯特林热机演示实验 试验目的： 初步了解热机的工作原理以及热机正向和逆向循环工作的用途。 实验原理： 斯特林热机（Stirling Engine），是一种由外部供热使气体在不同温度下作周期性压缩和膨胀的封闭往复式发动机。它由苏格兰牧师斯特林提出。 斯特林热机采用封闭气体进行循环，工作气体可以是空气、氮气、氦气等。如图1所示，在热机封闭的气缸内充有一定容积的工作气体。汽缸一端为热腔，另一端为冷腔。置换器活塞推动工作气体在两个端之间来回运动，气体在低温冷腔中被压缩，然后流到高温热腔中迅速加热，膨胀做功。如此循环不休，将热能转化为机械能，对外做功。 理论上，斯特林热机的热效率很高，其效率接近理论最大效率（称为卡诺循环效率）。但二者又有所不同，前者由两个等温过程和两个等容过程构成，如图2所示。而后者由两个等温过程和两个绝热过程构成。 斯特林热机属于可逆热机，既可用于制热，又可用于制冷；既可将热能→机械能，又可将机械能→热能。如果用于制冷，则图2中的四个热力学循环将沿逆时针方向进行。 图2 斯特林热机的四个循环过程图1 斯特林热机 下面结合循环图（图2）和活塞运动图（图3），来详细分析一下斯特林热机的四个循环过程。 一个装有两个对置活塞的气缸，在两个活塞之间设置一个回热器。可以把回热器设想成一块交替放热和吸热的热力海绵。回热器和活塞之间形成了两个空间。一个称为膨胀腔，使它保持高温Tmax；另一个称为压缩腔，使它保持低温Tmin。因此，在回热器两端有一个温度梯度Tmax-Tmin。假设回热器在纵向没有热传导，与卡诺循环情况一样，假设活塞在运动中无摩擦，工作气体在气缸中无泄露损失。 循环开始时，设压缩腔活塞处于外止点，膨胀腔活塞处于内止点并紧靠回热器端面。这样，全部工作气体都处于冷的压缩腔内。因为此时的容积为最大值，所以工作气体的压力和温度都处于最小值，用图2和图3中的点1表示。 在压缩过程1~2，压缩腔活塞向内止点运动，膨胀腔活塞保持不动，工作气体在压缩腔内被压缩，压力增加。因为热量Qc已经通过压缩腔汽缸壁排放到环境中，故工作气体的温度保持不变。此过程中，工作物质等温冷却收
大学物理光学练习
单元四 (二) 杨氏双缝实验 一、填空题 1. 相干光满足的条件是1）频率相同；2）位相差恒定；3）光矢量振动方向平行，有两束相干光, 频率为ν，初相相同，在空气中传播，若在相遇点它们几何路程差为r r 21-,则相位差 )r r (c 212-= πν ??。 2. 光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 0I 4。可能出现的最小光强是0。 3. 在真空中沿Z 轴负方向传播的平面电磁波，O 点处电场强度)3 t 2cos(300E x π πν+ = (SI)，则O 点处磁场强度：)3 t 2cos(300 H 00y π πνμε+-=。用图示表明电场强度、磁场强度和传播速度之间的关系。 4. 试分析在双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化? (A) 双缝间距变小：条纹变宽； (B) 屏幕移近： 条纹变窄； (C) 波长变长： 条纹变宽； (D) 如图所示，把双缝中的一条狭缝挡住，并在两缝垂直平分线上放一块平面反射镜： 看到的明条纹亮度暗一些，与杨氏双缝干涉相比较，明暗条纹相反； (E) 将光源S 向下移动到S'位置：条纹上移。 二、计算题 1. 在双缝干涉的实验中，用波长nm 546=λ的单色光照射，双缝与屏的距离D=300mm ，测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹之间的间距为1 2.2mm ，求双缝间的距离。 * 由在杨氏双缝干涉实验中，亮条纹的位置由λk d D x = 来确定。 用波长nm 546=λ的单色光照射，得到两个第五级明条纹之间的间距：λ?10d D x 5= ) 4(填空题) 3(填空题
大学物理光学实验
大学物理光学实验 平行光管的调整及使用 1．测量凸透镜及透镜组的焦距 １）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。 ２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。 ３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。 ４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。 ５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。 2．用平行光管测凸透镜的鉴别率 （１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。 （２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。 （３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。 （４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验 若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。 【实验目的】 1. 观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识； 2. 掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径； 3. 学习用逐差法处理实验数据。 【实验原理】 在一块平滑的玻璃片B 上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A 、B 之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。 设透镜的曲率半径为R ，与接触点O 相距为r 处的空气膜厚度为e ，则2222222)(r e eR R r e R R ++-=+-=由于e R >>，式中可略去2e 得到： R r e 22 = (1) 两束相干光的光程差为 2 2λ +=?e (2) 其中2/λ是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程 图1 牛顿环实验装置
大学物理演示实验报告正式版
For the things that have been done in a certain period, the general inspection of the system is also a specific general analysis to find out the shortcomings and deficiencies 大学物理演示实验报告正 式版
大学物理演示实验报告正式版 下载提示：此报告资料适用于某一时期已经做过的事情，进行一次全面系统的总检查、总评价，同时也是一次具体的总分析、总研究,找出成绩、缺点和不足，并找出可提升点和教训记录成文，为以后遇到同类事项提供借鉴的经验。文档可以直接使用，也可根据实际需要修订后使用。 实验目的：通过演示来了解弧光放电的原理 实验原理：给存在一定距离的两电极之间加上高压，若两电极间的电场达到空气的击穿电场时，两电极间的空气将被击穿，并产生大规模的放电，形成气体的弧光放电。 雅格布天梯的两极构成一梯形，下端间距小，因而场强大(因)。其下端的空气最先被击穿而放电。由于电弧加热（空气的温度升高，空气就越易被电离,击穿场强就下降），使其上部的空气也被击穿，形成
不断放电。结果弧光区逐渐上移，犹如爬梯子一般的壮观。当升至一定的高度时，由于两电极间距过大，使极间场强太小不足以击穿空气，弧光因而熄灭。 简单操作：打开电源，观察弧光产生。并观察现象。（注意弧光的产生、移动、消失）。 实验现象： 两根电极之间的高电压使极间最狭窄处的电场极度强。巨大的电场力使空气电离而形成气体离子导电，同时产生光和热。热空气带着电弧一起上升，就象圣经中的雅各布（yacob以色列人的祖先)梦中见到的天梯。 注意事项：演示器工作一段时间后，
物理光学问题详解梁铨廷
九阳真经------搞仫仔 第一章光的电磁理论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=， （各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez= ，则频率υ= ==0.5× 1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求：（1） 该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅A=2V/m，频率υ= Hz，波长λ= υ =，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ= ； （3）相速度v=0.65c，所以折射率n=1.4写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得 ； （2）同理：发散球面波， ， 汇聚球面波， 。 1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E，B 表达式。 解：，其中 =υ =υ = ， 同理：。 ，其中 =。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为 E=，试求k 方向的单位矢。 解：， 又， ∴=。 1.9证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明：oo oo =
大学物理光学实验报告材料
实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上 。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远 镜观察第一、二级衍射条纹。 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 （）
'111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ λ ?= ?= 结果表示：()nm λλλ=±?= nm 。 七、思考题
物理光学梁铨廷版习题答案
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第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez= ，（各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez= ，则频率υ= ==0.5×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey= ，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅A=2V/m，频率υ= Hz，波长λ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振
动方向沿y轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex= ，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ= ；（3）相速度v=0.65c，所以折射率n= 1.4写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。解：（1）由 ，可得 ； （2）同理：发散球面波， ， 汇聚球面波，
。 1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy 平面呈45o，试写出E，B 表达式。 解：，其中 = = = ，同理： 。 ，其中 =。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为 E= ，试求k方向的单位矢。 解： ， 又，∴= 。
光纤光学大学物理实验讲义.doc
光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激
波动光学大学物理答案
习题13 13.1选择题 （1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ] (A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小． (C) 把两个缝的宽度稍微调窄． (D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C] （2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移． (D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A] （3）一束波长为λ的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )． (C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B] （4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ] (A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ． (E) ( n -1 ) d ． [答案：A] （5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］ (A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D] 13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离 为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处 (O S O S 21=)，两束相干光的相位差为 ________________． [答案：2sin /d πθλ] （2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为?x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝
物理光学答案~梁铨廷
第一章光的电磁理论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez=，（各量 均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez=，则频率υ===0.5×1014Hz，周期T=1/ υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey=，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ =，原点的初相解：（1）振幅A=2V/m，频率υ=Hz，波长λ= υ 位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动方向沿y轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex=，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。 解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ=； （3）相速度v=0.65c，所以折射率n= 1.4写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 向传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由，可得； （2）同理：发散球面波，， 汇聚球面波，。 1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy平面呈45o，试写出E，B表达式。 解：，其中 =υ =υ = ，
同理：。 ，其中 =。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为E=，试求k方向的单位矢。解：， 又， ∴=。 1.9证明当入射角=45o时，光波在任何两种介质分界面上的反射都有。 证明：oo oo = == =oo oo 1.10证明光束在布儒斯特角下入射到平行平面玻璃片的上表面时，下表面的入射角也是布儒斯特角。 证明：由布儒斯特角定义，θ+i=90o， 设空气和玻璃的折射率分别为和，先由空气入射到玻璃中则有，再由玻璃出射到空气中，有， 又，∴， 即得证。 1.11平行光以布儒斯特角从空气中射到玻璃上，求：（1）能流反射率和；（2）能流透射率和。解：由题意，得， 又为布儒斯特角，则=.....① ..... ② 由①、②得，，。 （1）0， ， （2）由，可得， 同理，=85.2。 1.12证明光波在布儒斯特角下入射到两种介质的分界面上时，，其中。 证明：，因为为布儒斯特角，所以，
大学物理上实验报告(共2篇)
篇一：大学物理实验报告 大学物理演示实验报告 院系名称：勘察与测绘学院 专业班级： 姓名： 学号： 辉光盘 【实验目的】： 观察平板晶体中的高压辉光放电现象。 【实验仪器】：大型闪电盘演示仪 【实验原理闪电盘是在两层玻璃盘中密封了 涂有荧光材料的玻璃珠，玻璃珠充有稀薄的 惰性气体（如氩气等）。控制器中有一块振荡 电路板，通过电源变换器，将12v低压直流 电转变为高压高频电压加在电极上。 通电后，振荡电路产生高频电压电场， 由于稀薄气体受到高频电场的电离作用二产 生紫外辐射，玻璃珠上的荧光材料受到紫外 辐射激发出可见光，其颜色由玻璃珠上涂敷 的荧光材料决定。由于电极上电压很高，故 所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。 【实验步骤】： 1. 将闪电盘后控制器上的电位器调节到最小； 2. 插上220v电源，打开开关； 3. 调高电位器，观察闪电盘上图像变化，当电压超过一定域值后，盘上出现闪光； 4. 用手触摸玻璃表面，观察闪光随手指移动变化； 5. 缓慢调低电位器到闪光恰好消失，对闪电盘拍手或说话，观察辉光岁声音的变化。 【注意事项】： 1. 闪电盘为玻璃质地，注意轻拿轻放； 2. 移动闪电盘时请勿在控制器上用力，避免控制器与盘面连接断裂； 3. 闪电盘不可悬空吊挂。 辉光球 【实验目的】 观察辉光放电现象，了解电场、电离、击穿及发光等概念。 【实验步骤】 1．将辉光球底座上的电位器调节到最小； 2．插上220v电源，并打开开关； 3. 调节电位器，观察辉光球的玻璃球壳内，电压超过一定域值后中心处电极之间随机产生数道辉光； 4.用手触摸玻璃球壳，观察到辉光随手指移动变化； 5.缓慢调低电位器到辉光恰好消失，对辉光球拍手或说话，观察辉光随声音的变化。
物理光学梁铨廷版的习题答案.doc
第一章光的电磁理 论 1.1在真空中传播的平面电磁波，其电场表示为Ex=0，Ey=0，Ez= ，（各量均用国际单位），求电磁波的频率、波长、周期和初相位。 解：由Ex=0，Ey=0，Ez= ，则频率υ===0.5×1014Hz，周期T=1/υ=2×10-14s，初相位φ0=+π/2（z=0，t=0），振幅A=100V/m， 波长λ=cT=3×108×2×10-14=6×10-6m。 1.2.一个平面电磁波可以表示为Ex=0，Ey= ，Ez=0，求：（1）该电磁波的振幅，频率，波长和原点的初相位是多少？（2）波的传播和电矢量的振动取哪个方向？（3）与电场相联系的磁场B的表达式如何写？ 解：（1）振幅A=2V/m，频率υ= Hz，波长λ ==，原点的初相位φ0=+π/2；（2）传播沿z轴，振动
方向沿y轴；（3）由B=，可得By=Bz=0，Bx= 1.3.一个线偏振光在玻璃中传播时可以表示为Ey=0，Ez=0，Ex= ，试求：（1）光的频率；（2）波长；（3）玻璃的折射率。解：（1）υ===5×1014Hz； （2）λ= ；（3）相速度v=0.65c，所以折射率n= .4写出：（1）在yoz平面内沿与y轴成θ角的方 传播的平面波的复振幅；（2）发散球面波和汇聚球面波的复振幅。 解：（1）由 ，可得 ； （2）同理：发散球面波， ， 汇聚球面波， 。
1.5一平面简谐电磁波在真空中沿正x方向传播。其频率为Hz，电场振幅为14.14V/m，如果该电磁波的振动面与xy 平面呈45o，试写出E，B 表达式。 解：，其中 = = = ，同理： 。 ，其中 =。 1.6一个沿k方向传播的平面波表示为 E= ，试求k方向的单位矢。 解： ， 又，∴= 。
大学物理演示实验感想
大学物理演示实验感想 通过此次光学演示实验使我了解了光的实质，就是原子核外电子得到能量跃迁到更高的轨道上之后由于所处轨道不稳定，电子还要跃迁回去，跃迁回去会释放出一个光子，就是以光的形式向外发出能量，跃迁的能级不同，释放出来的能量不同，光子的波长就不同，光的颜色就不一样了。当复色光进入棱镜或光栅后，由于它对各种频率的光具有不同折射率，各种色光的传播方向有不同程度的偏折，因而在离开棱镜时就各自分散，形成光谱。使我深刻认识到光的传播、干射、衍射、散射、偏振等许多现象及其原理，还有发生这种现象的外部条件。通过对这些特性的理解，使我从现实方面认识到光的波粒二象性，认识到光在什么条件下表现粒子性，在什么条件下表现波动性。通过激光传播信号的演示实验中我知道光不但给人以美的感受还有诸多其它方面的用处。在光的色散实验中，我对牛顿环的印象最深刻，通过对牛顿环现象的认识，我加深了对等厚干涉的了解，尤其是半波损失对牛顿环的应用，对半波损失有了进一步的了解和记忆。 我觉得我们做的虽然是演示实验，但也很有收获，这是我们对课上所学知识的一个更直观的了解，通过此次光学演示实验使我对光有了一种感性的认识，加深了对光学现象及原理的认识，为今后光学的学习打下深厚的基础，此次演示实验把理论与现实相结合，让大家在现实生活中理解光波的本质，这给我们每天的理论学习增添了一点趣味。虽然说演示实验的过程是简单的，但它的意义绝非如此。我们学习的知识重在应用，对大学生来说，演示实验不仅开动了我们思考的马达，也让我们更好地把物理知识运用到了实际现象的分析中去，使我们不但对大自然产生了以前没有的敬畏和尊重，也有了对大自然探究的好奇心，我想这是一个人做学问最最重要的一点。因此我想在我们平时的学习中，要带着一种崇敬的心情和责任感，认认真真地学习，踏踏实实地学习，只有这样，我们才能真正学会一门课，学好一门
(完整版)大学物理—光学习题
光学： 1．等厚薄膜干涉中，当反射光干涉增强时必有透射光干涉减弱；…..（ ） 2．单缝衍射中，如以白光入射，则在中央明纹两侧由里到外依次为由红到紫。………………………………………………………………………….….（ ） 3.可以采取减小双缝间距的办法增大双缝干涉条纹的间距。 （ ） 4.两束光产生相干叠加的条件相位差相同，频率相同，振动方向相同。 （ ） 5、增大天文望远镜物镜的孔径主要是为了有效地提高其成像的放大率。（ ） 6、自然光射入各向异性晶体时一定会发生双折射现象。 （ ） 7、从水面、柏油路面等反射的光通常都是部分偏振光。 （ ） 8、在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹对应的衍射角变大。 （ ） 9.在单缝衍射中，将透镜沿垂直于透镜光轴稍微向上移动时，则观察屏上的衍射 图样会移动。 （ ） 10. 若以相位的变化相同为条件, 光在折射率为n 的介质中传播L 距离,相当于光在真空中传播的距离为nL 。 （ ） 2. 为了使双缝干涉的条纹间距变大，可以采取的方法是 [ ] A. 使屏靠近双缝； C. 使两缝的间距变小； C. 使两缝的宽度稍微变小； D. 改用波长较小的单色光源。 3. 一束平行的自然光以60度的入射角由空气入射到平行玻璃表面上，反射光成 为完全线偏振光，则知 [ ] A 折射光的折射角为30度，玻璃的折射率为1.73 B 折射光的折射角为60度，玻璃的折射率为1.73 C 折射光的折射角为30度，玻璃的折射率为1.50 D 折射光的折射角为60度，玻璃的折射率为1.50 4．波长为λ的单色平行光垂直入射到一狭缝上，若第一级暗纹的位置对应的衍 射角为30°，则缝宽的大小为 [ ] λ= a A . 2.λ=a B λ2.=a C λ3.=a D
大学物理演示实验报告
大学物理演示实验报告
实验一锥体上滚 【实验目的】： 1．通过观察与思考双锥体沿斜面轨 道上滚的现象，使学生加深了解在重力 场中物体总是以降低重心，趋于稳定的 运动规律。 2．说明物体具有从势能高的位置向势能 低的位置运动的趋势，同时说明物体势 能和动能的相互转换。 【实验仪器】：锥体上 滚演示仪 【实验原理】：能量最 低原理指出：物体或系统的能量总是自然趋向最低状态。本实验中在低端的两根导轨间距小，锥体停在此处重心被抬高了；相反，在高端两根导轨较为分开，锥体在此处下陷，重心实际上降低了。实验现象仍然符合能量最低原理。 【实验步骤】： 1．将双锥体置于导轨的高端，双锥体并不下滚； 2．将双锥体置于导轨的低端，松手后双锥体向高端滚去； 3．重复第2步操作，仔细观察双锥体上滚的情况。 【注意事项】： 1．不要将锥体搬离轨道。 2．锥体启动时位置要正，防止它滚动时摔下来造成变形或损坏。 实验二避雷针 【实验目的】：气体放 电存在多种形式，如电晕放电、电弧放 电和火花放电等，通过此演示实验观察 火花放电的发生过程及条件。 【实验仪器】：高压电 源、一个尖端电极、一个球型电极及平 板电极。 【实验原理】：首先让 尖端电极和球型电极与平板电极的距离
相等。尖端电极放电，而球型电极未放电。这是由于电荷在导体上的分布与导体的曲率半径有关。导体上曲率半径越小的地方电荷积聚越多（尖端电极处），两极之间的电场越强，空气层被击穿。反之越少（球型电极处），两极之间的电场越弱，空气层未被击穿。当尖端电极与平板电极之间的距离大于球型电极与平板电极之间的距离时，其间的电场较弱，不能击穿空气层。而此时球型电极与平板电极之间的距离最近，放电只能在此处发生。 【实验步骤】： 1、将静电高压电源正、负极分别接在避雷针演示仪的上下金属板上，接通电源，金属球与上极板间形成火花放电，可听到劈啪声音，并看到火花。若看不到火花，可将电源电压逐渐加大。演示完毕后，关闭电源并放电。 2、用手按下绝缘柄，使顶端呈圆锥状（尖端）的金属物体，可听到金属球放电的声音明显减小，而尖端金属物体放电声音不断增大。可以看到尖端与上极板之间形成连续的一条放电火花细线。 3、让当尖端的金属缓慢下降，观察金属球何时发生明显放电现象。 4、演示完毕后，关闭电源并放电。 【注意事项】： 1、实验时，身体不能碰触仪器的金属部分。 2、实验过程中，应注意关闭电源后再对仪器进行相关操作。 3、实验完毕，应先关闭电源并及时放电。 实验三弹性碰撞仪 【实验目的】： 1、演示等质量球的弹性碰撞过程，加深 对动量原理的理解。 2、演示弹性碰撞时能量的最大传递。 3、使学生对弹性碰撞过程中的动量、能 量变化过程有更清晰的理解。 【实验仪器】：弹性碰 撞仪 【实验原理】：由动量 守恒和能量守恒原理可知：在理想情况 下，完全弹性碰撞的物理过程满足动量 守恒和能量守恒。当两个等质量刚性球 弹性正碰时，它们将交换速度。多个小 球碰撞时可以进行类似的分析。事实上， 由于小球间的碰撞并非理想的弹性碰 撞，还是有能量损失的，故最后小球还 是要静止下来。 【实验步骤】：
浙江大学物理光学实验报告
本科实验报告 课程名称：姓名：系：专业：学号：指导教师： 物理光学实验郭天翱 光电信息工程学系信息工程（光电系） 3100101228 蒋凌颖 2012年1 月7日 实验报告 实验名称：夫琅和弗衍射光强分布记录实验类型：_________ 课程名称：__物理光学实验_指导老师：_蒋凌颖__成绩： 一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1．掌握单缝和多缝的夫琅和费衍射光路的布置和光强分布特点。 2．掌握一种测量单缝宽度的方法。 3．了解光强分布自动记录的方法。 二、实验内容 一束单色平面光波垂直入射到单狭缝平面上，在其后透镜焦平面上得到单狭缝的夫琅禾费衍射花样，其光强分布为： i?i0( 装 式中 sin? ? ) 2 （1） 订 ?? 线 ??sin?? （2） ?为单缝宽度，?为入射光波长，?为考察点相应的衍射角。i0为衍射场中心点（??0处）的光强。如图一所示。 由（1）式可见，随着?的增大，i有一系列极大值和极小值。极小值条件 asin??n?(n?1,n?2) （3） 是： 如果测得某一级极值的位置，即可求得单缝的宽度。 如果将上述单缝换成若干宽度相等，等距平行排列的单缝组合——多缝，则透镜焦面上得到的多缝夫琅禾费衍射花样，其光强分布： n? sin?2 )2 i?i0()( ?
2 （4） sin 式中 ?? sin??2???dsin? ? ?? （5） ?为单缝宽度，d为相邻单缝间的间距，n为被照明的单缝数，?为考察点相应的衍射角；i0为衍射中心点（??0处）的光强。 n? )2 (sin?2() 2称?为单缝衍射因子，为多缝干涉因子。前者决定了衍射花 sin （干涉）极大的条件是dsin??m?(m?0,?1,?2......)。 dsin??(m? m )?(m?0,?1,?2......;m?1,2,.......,n?1)n 样主极大的相对强度，后者决定了主极大的位置。 （干涉）极小的条件是 当某一考虑点的衍射角满足干涉主极大条件而同时又满足单缝衍射极小值条件，该点的光强度实际为0/，主极大并不出现，称该机主极大缺级。显然当d/??m/n为整数时，相应的m 级主极大为缺级。 不难理解，在每个相邻干涉主极大之间有n-1个干涉极小；两个相邻干涉极小之间有一个干涉次级大，而两个相邻干涉主级之间共有n-2个次级大。 三、主要仪器设备 激光器、扩束镜、准直镜、衍射屏、会聚镜、光电接收扫描器、自动平衡记录仪。 四、操作方法和实验步骤 1．调整实验系统 （1）按上图所示安排系统。 （2）开启激光器电源，调整光学元件等高同轴，光斑均匀，亮度合适。（3）选择衍射板中的任一图形，使产生衍射花样，在白屏上清晰显示。 （4）将ccd的输出视频电缆接入电脑主机视频输出端，将白屏更换为焦距为100mm的透镜。 （5）调整透镜位置，使衍射光强能完全进入ccd。 （6）开启电脑电源，点击“光强分布测定仪分析系统”便进入本软件的主界面，进入系统的主界面后，点击“视频卡”下的“连接视频卡”项，打开一个实时采集窗口，调整透镜与ccd的距离，使电脑显示屏能清晰显示衍射图样，并调整起偏/检偏器件组，使光强达到适当的强度，将采集的图像保存为bmp、jpg两种格式的图片。 2．测量单缝夫琅和费衍射的光强分布（1）选定一条单狭缝作为衍射元件（2）运用光强分布智能分析软件在屏幕上显示衍射图像，并绘制出光强分布曲线。 （3）对实验曲线进行测量，计算狭缝的宽度。 3．观察衍射图样 将衍射板上的图形一次移入光路，观察光强分布的水平、垂直坐标图或三维图形。
大学物理习题集及解答(振动与波,波动光学)
1．有一弹簧，当其下端挂一质量为m的物体时，伸长量为9.8 10－2 m。若使物体上下振动，且规定向下为正方向。（1）t = 0时，物体在平衡位置上方8.0 10－2 m处，由静止开始向下运动，求运动方程。（2）t = 0时，物体在平衡位置并以0.60 m/s的速度向上运动，求运动方程。 题1分析： 求运动方程，也就是要确定振动 的三个特征物理量A、ω，和?。其中振动的角频率是由弹簧振子系统的固有性质（振子质量m及弹簧劲度系数k）决定的，即ω，k可根据物体受力平衡时弹簧的= k/ m
伸长来计算；振幅A 和初相?需要根据初始 条件确定。 解： 物体受力平衡时，弹性力F 与重力P 的大 小相等，即F = mg 。 而此时 弹簧的伸长量m l 2108.9-?=?。 则 弹簧的劲度系数l mg l F k ?=?=//。 系统作简谐运动的角频率为 1s 10//-=?==l g m k ω （1）设系统平衡时，物体所在处为坐标 原点，向下为x 轴正向。 由初始条件t = 0时，m x 210100.8-?=，010=v 可得振幅
m 100.8)/(2210102-?=+=ωv x A ；应用旋转矢量法可确定初相π?=1。则运动方程为 ])s 10cos[()m 100.8(121π+?=--t x （2）t = 0时，020=x ， 120s m 6.0-?=v ，同理可得m 100.6)/(22202022-?=+=ωv x A ， 2/2π?=；则运动方程为 ]5.0)s 10cos[()m 100.6(122π+?=--t x 2．某振动质点的x －t 曲线如图所示， 试求：（1）运动方程；（2）点P 对应的相位； （3）到达点P 相应位置所需要的时间。 题2分析： 由已知运动方程画振动曲线和由振动曲 线求运动方程是振动中常见的两类问题。