光学实验教学大纲
一、课程目的和要求
在一学期内通过完成一定数量的光学基本实验和选做实验, 使学生学习和掌握光学实验的基本知识和基本方法, 培养学生的基本实验技能; 通过研究一些基本的光学现象, 加强对经典光学理论的理解, 提高对实验方法和技术的认识.
1. 由浅入深逐渐训练学生正确使用和调节基本光学实验仪器和装置(包括组合装置), 使学生了解仪器的构造原理及正常使用状态、操作要求、注意事项等, 使学生具有较好的光学实验操作技能.
2. 通过实验事实分析, 研究一些基本光学现象和规律, 使抽象的理论成为生动的现象. 理论联系实际, 既提高学生学习的主观能动性, 又为将来的工作打好基础.
3. 学会光学中基本物理量的一些测量方法. 在学习实验测量方法时, 使学生掌握它的设计思想、特点及其适用条件. 在实验测量过程中, 使学生注意观察和分析所发生的各种光学现象, 注意其规律性, 以加深和巩固对所学理论知识的理解, 并善于运用理论指导自己的实践, 提高解决实际问题的能力.
4. 学会分析光学实验中的基本光路, 了解光路组成元件的参量对实验产生的影响以及对各基本光路之间衔接配合的要求, 以锻炼学生的实践能力.
5. 继续学习误差分析的方法, 提高实验数据的处理能力, 能正确地表达和评价实验结果; 分析误差产生的原因以及减小实验误差的有效途径, 以加深对实验理论的认识和对所用测量方法和仪器的理解.
6. 在整个实验教学过程中要有意识地提高学生的实验素质, 培养学生正确的实验习惯和科学作风.
二、课程基本内容与学时安排
光学实验内容分为基本实验和选做实验, 其中基本实验8个题目, 选做实验3个题目, 每个实验安排3小时. 全学期每个学生必须做够6个以上的实验. 考试考核采用实验操作、笔试或写实验论文等形式进行. 学生的总成绩由考试成绩和平时成绩(实验预习、实验记录、实验报告等)按一定比例计算, 一般考试成绩占60%, 平时成绩占40%.
以下列出基本实验和选做实验的实验题目:
(一) 基本实验
1.薄透镜焦距的测定
2.测定透镜组的基点
3.分光计的调节及棱镜折射率的测定
4.用双棱镜测定光波波长
5.用牛顿环测定透镜曲率半径
6.迈克尔逊干涉仪的调节和使用
7.衍射光栅测定光波波长
8.偏振现象的观察与分析
(二) 选做实验
1、单缝衍射的光强分布
2、液体折射率的测定
3、白光干涉
三、实验题目与基本要求
(一) 基本实验
1.薄透镜焦距的测定
[目的和要求]
(1)学习光学系统的共轴条件;
(2)透镜焦距的测定用一次成象法、二次成象法、自准法, 对凹透镜用辅助透镜成象法;
(3)计算透镜焦距的平均误差及标准差.
2.测定透镜组的基点
[目的和要求]
(1)测定透镜组的基点及焦距;
(2)了解透镜组基点的特性;
3.分光计的调节及棱镜折射率的测定.
[目的和要求]
(1)了解分光计的结构及各部件的作用;
(2)掌握分光计的调节要求及调节方法;
(3)掌握分光计测量顶角(反射法和自准法)及用最小偏向角测定棱镜折射率的基本技术.
4.用双棱镜测定光波波长
[目的和要求]
(1)观察双光束干涉现象，理解相干条件;
(2)利用双棱镜测定光波波长;
(3)计算Na光波波长的相对误差及标准偏差.
5.用牛顿环测定透镜曲率半径
[目的和要求]
(1)牛顿环是用分振幅方法产生的干涉现象，是典型的等厚干涉条纹,在实验中要求学生
理解条纹形成的原理, 并注意观察条纹的特征, 指出与迈克尔逊干涉仪产生等倾干涉的区别;
(2)牛顿环在实际工作中有重要应用, 测量透镜曲率半径及检查光学元件中光洁度和
平面度等. 通过实验掌握测量曲率半径的方法. 熟练的使用读数显微镜. 数据处理用逐差法. 并计算测量误差(小于5%).
6.迈克尔逊干涉仪的调节和使用
[目的和要求]
(1)了解迈克尔逊干涉仪的结构, 初步掌握调节方法;
(2)观察非定域干涉、等倾干涉形成的条件及干涉图样的特点.
7.衍射光栅测定光波波长
[目的和要求]
(1)加深对光的干涉、衍射和光栅分光作用的基本原理的理解；
(2)掌握用透射光栅测定光栅常数, Hg谱线的波长和角色散率;
(3)用透射光栅测定波长, 采用正入射法和最小偏向角法进行测定并计算其误差.
8.偏振现象的观察和分析
[目的和要求]
(1)观察光的偏振现象, 加深对理论知识的理解. 了解产生和检验偏振光的原理和方法
及使用的元件(偏振片、尼科尔棱镜、1/2波片、1/4波片);
(2)观察旋光现象, 了解量糖计的构造并测定糖溶液的浓度(误差5%).
(二) 选做实验
1.单缝衍射的光强分布
[目的和要求]
(1)通过实验加深对夫琅和费单缝衍射现象的理解, 掌握其光强分布与衍射角、缝宽、
观察屏与缝的距离等因素的关系;
(2)通过实验理解怎样用光电二极管测量相对光强, 根据测量数据在坐标纸上作出相
对光电流与位置的关系曲线, 即衍射光强分布图;
(3)由于目前实验装置中存在一些问题, 如光源不稳定, 装置受振动等原因, 在定量方
面不能要求过高, 因而只要求对峰值、条纹宽度较接近理论值即可(小于10%).
2.液体折射率的测定
[目的和要求]
(1)掌握用折射极限法测定液体折射率的原理和方法;
(2)了解阿贝折射计的工作原理, 熟悉其使用方法, 并测定液体和固体的折射率.
2、白光干涉
[目的和要求]
(1)学习一种测量透明薄片厚度或折射率的方法；
(2)进一步了解光的干涉现象及其形成条件；
(3)学习调节光路的方法。
四、教材及教学参考书目
教材：
1.《普通物理实验》第三册（光学部分），杨述武主编,高等教育出版社．
参考书目：
(1)《大学物理实验》贾玉润等编，高等教育出版社．
(2)《普通物理实验教程》北京师范大学物理系编，高等教育出版社．
(3)《普通物理实验指导》陈怀林，邵义全主编，北京大学出版社.。