当前位置:文档之家› 光学实验基础知识

光学实验基础知识


3.等高 因为成像公式中的各段距离,都是指光学 系统光轴上的距离,所以要从光具座轨道上的 读数求出符合实际的距离,必须做到光学系统 的光轴和光具座道轨的基线平行——简称等 高。 调节光学系统各元件的共轴等高,是光学 实验中的一项基本要求,必须很好掌握,一 般的调节可分粗调和细调两步进行。
(1) 粗调
二、光学实验的特点

与理论密切结合
频率极高的电磁波,1014数量级,光学现象不直观,只 能观察一定时间内的平均效果。靠理论的支撑才能把握住 实验现象。

仪器调节要求高
仪器精密,必须严格调节,才能保证精度。迈克尔逊干涉 仪精度可达10-4mm。

实验能力要求高
实验技能、理论基础、判断能力。 另外取得较好的实验效果,有光学实验须在低照度环境下 进行, 因此,要小心谨慎, 安全操作,防止事故, 要避免 光学元件跌落损坏,仪器读数失误,并注意保护视力。
(四)测移显微镜 (1)测量时, 要先调好 目镜和物镜。 (2)测量时应使一根十 字叉丝与显微镜的目镜移 动方向垂直。 (3)为减小回程误差, 应单方向测量。 (4)测量结束后, 应用 保护套罩好仪器。

(五) 单色仪

(六)摄谱仪
(七)光源 1.热辐射光源 基于热辐射原理,白炽灯,灯丝加热到白炽状态而发光。 连续光谱,功率较低,碘钨灯,溴钨灯。 2.气体放电光源 电流——气体介质——放电发光。 低压汞灯:小于1个大气压工作,在可见光区产生4条明亮 的特征曲线。工作电压20V,工作电流1300mA. 低压钠灯:金属蒸汽弧光放电。 在可见光区发成两条极强黄色谱线:589.0nm,589.6nm. 工作电压20V,工作电流1.3A。

6 、若发现光学表面上已被轻微污染或有较 轻的印记,可以用清洁的镜头纸轻轻拂去, 擦试时不能加太大的压力以免光学表面被划 伤,更不能用普通纸、手帕、毛巾或衣物等 进行擦拭; 7、 进行光学实验时尽量避免说话,防止口 水、唾液或其它液体溅落到光学面,造成光 学面的化学损伤; 8 、在对光学仪器或光学系统进行调整时, 要耐心细致,边调整,边观察,动作要轻、 柔、慢,切忌粗鲁与盲目操作;
12,望远镜光轴高低调节螺丝
α
13,望远镜光轴水平调节螺丝 14,支臂 15,望远镜微调螺丝 16,望远镜止动螺丝 17,转轴与度盘止动螺丝 18,制动架
19,底座
20,转座
21,度盘 22,游标盘 23,支柱 24,游标盘微调 螺丝 25,游标盘止动螺丝 26,准直管光轴水平调节螺 丝 27,准直管光轴高低调节螺 丝 28,狭缝宽度调节手轮
阿贝目镜
高斯目镜
(二)三棱镜分光光路
复色光→棱镜 →单色光 同一棱镜对不同波长的光具有不同的折射率。(针 对钠光波长589.3nm而言)
δ i1′
i1
i2
i2′
偏向角:出射光与入射光的夹角。 最小偏向角:光路对称时,出射光与入射光的夹角。
(三)光栅分光光路
分光原理:光栅方程 dsinθ=kλ
各级谱线分布于零级像两侧。 零级像:k=0, θ=0的位置,所有波长的光重叠在 一起。
六、基本光学仪器的使用
(一)光具座


双杆式和平直导轨式 长度为1-2m,刻有 毫米标尺。 滑块支架。
将各种光学元件(透镜、面镜等等)组合成 特定的光学系统,运用这些光学系统成像时,要 想获得优良的像,必须保持光束的同心结构,即 要求该光学系统符合或接近理想光学系统的条件, 这样,物方空间的任一物点,经过该系统成像时, 在像方空间必有唯一的共轭像点存在,而且符合 各种理论计算公式。为此,在光具座上调节光学 系统,必须满足以下几点。 1.光具座水平 调节光具座底角的水平调节螺钉(借助水平尺), 使光具座水平。 2.共轴 调节光学系统中各光学元件的光轴,使之共轴。 并让物体发出的成像光束满足近轴光线的要求。

五、基本光路
(一)自准直光路
1.
O O O′
f′
分划板 透镜 平面镜
在物体自身的平面上产生物体的实像,所以称为自准直光路。
2.
O′
α α α α
y′
O y
O
f′
分划板 透镜 平面镜
3.
O′
α
2α 2α
y′
OO
y
α
f′
分划板 透镜 平面镜
物平面与反射镜平面相对位置影响实像的位置, 例如:分光计的调节就是利用自准直光路实现光轴与 主轴的垂直。 应用:自准直目镜。
三、光学实验遵循的原则
1、必须在熟悉仪器的性能与使用方法之后 才能进行使用与操作; 2、轻拿轻放,勿使仪器或光学元器件受到 冲击、碰撞和震动,特别注意不能从手中 滑落; 3 、不使用时要及时将光学元件放回包装盒 内,长期闲置不用应该将其放入干燥皿中 保存;

4、 手拿光学元器件时切忌用手触摸“工作 面”,如果必须拿光学元器件时只能拿它的 非工作的“磨砂面”,例如透镜的外圆磨砂 面,棱镜的上下底面,柱面镜的上下磨砂面, 否则因人手的“汗迹”会腐蚀光学面造成永 久的损坏; 5、 如发现光学元器件的工作面有灰尘,要 用专用的干燥脱脂棉轻轻擦拭或用橡皮球吹 去,绝对不能用嘴去吹;
(二)分光计
精密测角仪:测量棱镜角,偏向角 分光仪器:借助分光元件可观察光谱,测 量波长。

1.分光计的构造
简单结构
具体结构
1,狭缝装置
2,狭缝装置锁紧螺丝
3,准直管 4,制动架
5,载物台
6,载物台调平螺丝 7,载物台锁紧螺丝
8,望远镜
9,望远镜锁紧螺丝
10,阿贝式自准直目镜
11,目镜视度调节手轮
3.分光计的测量原理
平行光管 平行光管
α1 β1 望远镜
α2 β2
δ
δ =(α2-α1+β2-β1)/2
望远镜
读数方法
游标窗口
游标盘 主刻度盘
233º 13΄
偏心差
测三棱镜顶角

平行光管出射的平行光射 向三棱镜的两个光学表 面,用望远镜分别接收 两表面的反射光,就可 计算出两束光的夹角Φ。 由几何关系可以证明Φ 与三棱镜顶角A的关系 为: Φ = 2A
d d

时,只需调节载物 盘的水平调节螺钉
平面镜两侧面的反射像分别位于
d
d

时,只需调节望远 镜的俯仰调节螺钉
观察不到反射像的原因

目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的像模 糊。(转动目镜调节鼓轮) 望远镜没有聚焦于无穷远。(松开目镜筒锁紧螺 钉,前后移动目镜筒 ) 平面反射镜的镜面与望远镜的光轴不垂直。
松开 游标盘锁紧螺钉 ③ 锁紧 载物台升降锁紧螺钉 移动底座
望远镜支架 望远镜水平调节螺钉
调节 载物盘水平调节螺钉

④ 松开望远镜锁紧螺钉
2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远
⑵ ⑶

反射像 叉丝像 透光窗
伸缩目镜筒
分划板视场
旋转目镜调节鼓轮
载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例
平面镜两侧面的反射像同时位于
平行光管
望远镜
A=(α2-α1+β2-β1)/4
(三) 测微目镜 (1)要确定目镜的准确度及鼓轮转动读数增大 的方向,并选取合适的初始点; (2)一次测量中鼓轮只能单向移动,不能中途 倒转; (3)干涉条纹应与竖直双线 平行无视差; (4)到达刻度线零点后,应立 即返回,以免损坏测微目镜。
n
i 1

(2)标准差
s
2 v i i 1
n
n 1

(3)测量值的取舍 格罗布斯判据
2 、间接测量的最佳值: 先平均法 3 、最小二乘法直线拟合 4 、测量不确定度

(1)标准不确定度的A类评定

9、 千万要注意在做实验的过程中观察与分 析实验过程与现象,尤其是出现与预期现 象反常的特殊现象,应及时将现象记录或 存储下来,向指导教师请教或分析; 10、 使用完仪器设备后应当及时整理,放 回原处或加罩防护,防止灰尘污染。

四、光学实验的观测方法
主观观察法和客观测量法 1、眼睛直接观察的方法,称为主观观察方法 2、用光电探测器来进行客观测量,常用光电管、 光敏电阻和光电池等 视差: 人们观察远近不同的物体A和物体B 时,常 会发生视觉差异的现象。利用视差进行如下判断: (1)被观察的物与像,或像与像是否重合 (2) 如果未重合,那么哪个离观测者近一些, 这 对于指导仪器的调节,确定像的位置很有帮助。
先把物、透镜、像屏 等元件放置于光具座上, 如图依次检查并调整物、 透镜及屏的中心(图中 物体P 经透镜L 成像于 P′),使各元件的中心 大致在与导轨平行的同 一条直线上,并使物平 面、像屏平面和透镜面 相互平行且垂直于光具 座导轨。
(2) 细调
二次成像法 成小像时, 调节光屏位置, 使P〞与屏中心 重合; 成大像时,则 调节透镜的高低 或左右,使P′位 于光屏中心。依 次反复调节,便 可调好。
①放置平面镜
②拨动 游标盘
③调节载物盘水平调节螺钉或望远镜俯仰调节螺钉
载物盘水平、望远镜俯仰的各半调节
d
调节载物盘水平调节螺钉 d/2 调节望远镜俯仰调节螺钉
4) 调节平行光管

平行光管由狭缝和准直透镜组成。
狭缝
锁紧螺钉
俯仰调节螺钉



松开狭缝锁紧螺钉 转动狭缝 转动狭缝 前后移动狭缝 调节平行光管俯仰调节螺钉 锁住狭缝锁紧螺钉
2.分光计的调节 测量前应调节分光计,达到: 望远镜聚焦到无穷远,望远镜的光轴对准 仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。 待测光学元件的表面与中心转轴平行。 平行光管出射平行光,且光轴与望远镜的 光轴共轴。
1) 目视粗调
相关主题