实验光学平台说明书doc文档格式.docx
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透镜架
微尺分划板
1/10mm
延伸(过渡)架
毫米尺(l=30mm)
带毛玻璃
光栅转台
θ调制板
干版架
劳埃德镜
白屏
偏振片
物屏
多孔板
名称
载物台
1/4波片(λ=nm)
测微狭缝
双棱镜
测节器(节点架)
幻灯片
正像棱镜
频谱滤波器、零级滤波器
2种
带三角架标尺
落地式
小工艺品
全息用
测微目镜架
牛顿环
双棱镜调节架
45°
玻璃架
激光器架
双缝
光学测角台
白板(70×
50mm)
冰洲石镜
透光十字
方形毛玻璃架
白光源(12V35W)
纸架
汞灯(20W)
透镜(f=、6.2mm)
各1
扩束器
钠灯(20W)
目镜和物镜
f=29、
氦氖激光器
mW)
105mm
透镜(f=45、50、70、150、
读数显微
190、225、300、-100mm)
球面镜(f=500mm)
全息干版
平面镜(φ36×
4)
气室、血压表和橡胶球
分束器(φ30×
7:
3,5:
(个别附件变动,恕不另行通知)
仪器的维护与保养:
1所有光学玻璃器件应注意保持清洁,避免各种污染。
若落上灰尘,可用洗耳球、
软毛刷除尘,用细绒布擦净。
有指纹、污渍应用脱脂棉浸少量乙醇乙醚混合液(7:
3)
擦掉。
在潮湿季节应特别加强保护。
2机械结构的转动和滑动部位可酌加少量润滑油。
平台上宜涂擦极薄的一层机油,以利保护表面。
实验举例:
用自准法测薄凸透镜焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
4
用贝塞耳法(两次成像法)测薄凸透镜焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
3
由物象放大率测目镜焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
7
由物距-像距法测凹透镜焦距⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
9
透镜组节点和焦距的测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
10
6
自组投影仪⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
12
测自组望远镜的放大率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
13
8
自组带正像棱镜的望远镜⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
15
测自组显微镜的放大率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
16
杨氏双缝实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
18
11
菲涅耳双棱镜干涉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
20
菲涅耳双镜干涉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
21
劳埃德镜干涉⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
23
14
牛顿环⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
25
用干涉法测定空气折射率⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
27
夫琅禾费单缝衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
17
夫琅禾费圆孔衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
33
菲涅耳单缝和圆孔衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
34
19
直边菲涅耳衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
36
光栅衍射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
37
光栅单色仪⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
40
22
偏振光的产生和检验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
42
全息照相⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
47
24
制做全息光栅⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
50
阿贝成像原理和空间滤波⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
53
26
θ调制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
58
1用自准法测薄凸透镜焦距
实验原理
光的可逆性原理:
当光线的方向返转时,它将逆着同一路径传播。
依此原理可测量薄凸透
镜的焦距。
当物屏在焦点或焦平面上时,经透镜后光是平行光束,经平面镜反射再经透镜后成像于原
物处。
因此,物屏到透镜中心的距离就是透镜焦距
f。
实验装置(图1-1)
1:
白光源S(GY-6)
6:
二维架(SZ-07)
2:
物屏P(SZ-14)
7:
二维平移底座(SZ-02)
3:
凸透镜L(T-GSZ-A10,f′=190mm)
8:
(SZ-01)
4:
二维架(SZ-07)
9:
通用底座(
SZ-04)
5:
平面镜M(T-GSZ-A16)
10:
图1-1
实验步骤
1)参照图1-1,沿米尺装妥各器件,并调至共轴;
调共轴方法(粗调):
先将透镜等光学器件向光源靠拢,调节高低,凭目视
使光源、物屏中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与平台平行的直线上。
2)开启光源,照明物屏,移动L和M,直至在物屏上获得镂空图案的倒立实像
(白光源自身携带毛玻璃,使用毛玻璃可使图案更加均匀,明显);
3)调节平面镜M和凸透镜L的俯仰和左右并前后微动L,使在物屏上看到最清晰
且与物屏图案等大倒立的实像(充满同一圆面积);
4)分别记下P和L的位置a1、a2;
5)将P和L都转1800之后(不动底座),重复做前4步;
6)记下P和L新的位置b1、b2;
7)计算:
f
a
;
b
f,
(fa,
fb,)
2用贝塞耳法(两次成像法)测薄凸透镜焦距
若保持物屏P与像屏(白屏H)之间的距离l不变且l>
4f,沿光轴方向移动透镜,可以在像屏上观察到两次成像:
一次成放大的倒立实像,一次成缩小的倒立实像。
在两次成像时透镜移动的距离为d,则不难得出透镜的焦距为
l2
d2
f'
4l
实验装置(图2-1)
5:
白屏H(SZ-13)
物屏P(SZ-14)
二维平移底座(SZ-02)
凸透镜L(T-GSZ-A10,f=190mm)
7:
三维平移底座(SZ-01)
透镜架(SZ-08)
8-9:
通用底座(SZ-04)
图2-1
图2-2
1)按图2-1沿米尺布置各器件并调至共轴,再使物屏与白屏距离l4f;
2)开启光源,将透镜L紧靠物屏P,慢慢的向白屏H移动,使被照亮的物屏图案在白屏上成
一清晰的放大像,记下
L的位置a1、物屏P和白屏H间的距离l
(白光源自身携带毛玻璃,使用毛玻璃可使图案更加均匀,明显)
3)再移动L,直至在像屏上成一清晰的缩小像,记下
L的位置a2;
0(不动底座),重复做前3步,又得到L的两个位置b1
4)将P、L、H转180
、b
5)计算:
daa2
a1
db
b2
b1
da2
fb
db2
fa
待测透镜焦距:
fb
3由物像放大率测目镜焦距
透镜组、目镜、物镜等几个透镜的组成,测量它们的焦距不能直接使用物像公式法。
对于组合透镜,如图:
M—微尺分划板(1/10mm),Le—待测目镜,Me—测微目镜
假设物距为(-s),像距为s′,并且测得M板的物宽为y,Me目镜测得像宽为y′,由横向放大率的
y'
s'
⋯⋯①
定义:
m
s
y
如果物由一个位移
△s,对应的像的位移为△s′,由轴向放大率的定义:
△s'
⋯⋯②
α
△s
△s
由纵向放大率和横向放大率的关系:
α=m=
'
⋯⋯③
△s'
对①微分得:
m
⋯⋯④
△m
由物像公式
1得:
f'
-△
△m
—像的位置改变
s'
m—横向放大率的改变
因此,只要测出像的位置改变及横向放大率的改变就能得到目镜或组合透镜的焦距。
实验装置(图3-1)
白光源S(GY-6)7:
测微目镜架(SZ-36)
1/10微尺分划板M(T-GSZ-A27)8:
测微目镜Me(XW-1)
双棱镜架(SZ-41)9:
延伸架(SZ-09)10:
待测目镜Le(GSZ-2B-02,f'
e=29mm)11:
升降调节座(SZ-03)
透镜架(SZ-08)12:
图3-1
1)按图3-1沿米尺安排各器件,并调节共轴;
2)开启光源,将M、Le、Me紧靠在一起然后让M、Me逐渐远离Le,直至在测微目镜中看到
清晰的微尺放大像,并与Me分划板无视差;
3)测出
微尺刻线的像宽,求出其放大倍率
m1,并分别记下
Me
和
Le的位置
a1、b1;
4)把
向后移动
30-40mm,并缓慢前移
Le,直至在测微目镜中又看到清晰的与
ME
分划板
刻线无视差的微尺放大像;
5)测出新的像宽,求出放大率
m2,记下
ME和
a2、b2;
6)计算:
mx=像宽/实宽;
象距改变量:
s=(a2-a1)+(b1-b2)
待测目镜焦距f′=s/(m2-m1)
4用物距-像距法测凹透镜焦距
直接测量凹透镜的物距、像距难以两全。
我们只能借助于凸透镜成一个倒立缩小的实像作为凹透镜的虚物,虚物的位置可以测出。
凹透镜能对虚物成一实像,实像的位置可以测出。
这样一来,就可以用公式
u
v
求出凹透镜焦距。
实验装置(图4-1)
像屏P2(SZ-13)
普通底座(SZ-04)
凸透镜L1(T-GSZ-A08,f
70mm)
透镜架(SZ-08)
凹透镜L2(T-GSZ-A39,f
100mm)
11:
12:
图4-1
图4-2
1)按图4-1沿米尺安排各器件,并调节共轴;
2)开启光源,使被面光源照亮的物屏P1通过凸透镜L1在像屏P2上成清晰像时,P1与P2的距
离稍大于凸透镜焦距的4倍。
记下L1和P2在导轨上的位置读数
(白光源自身携带毛玻璃,使用毛玻璃可使图案更加均匀,明显)。
3)在凸透镜和像屏之间加入待测的薄凹透镜L2,调同轴,向稍远处移动像屏,直至屏上又
出现清晰的像(参见图4-2)。
记下L2和像屏P2′的位置读数。
4)以L2P2′距离为物距u,以L2P2距离为像距v,将数值代入式1/u1/v1/f,计算被
测透镜的焦距。
5透镜组节点和焦距的测定
节点定义为轴上角放大率等于1的共轭点。
物方节点记作N,像方节点记作N′。
节点的物理
意义在于通过它的任意共轭光线方向不变(图5-1uu)。
当物方和像方处在同一光学介质中,主点和节点是重合的。
在这种情况下,双方焦距相等,横向放大率
V1的地方也是角放大率
tanu
M1的地方。
由于这个性tanu
质,将光学系统绕像方节点转动,平
行光束所成的像点将不发生位移。
因
A
B
H
H′
`N
N′
xf
图5-1
B′
u′y′
A′
f′x′
s′
此,这是确定厚透镜或透镜组节点(主
点)的一种实验方法。
实验装置(图5-2)
测节器(SZ-28)
毫米尺(T-GSZ-A22)8:
白屏(SZ-13)
物镜Lo(T-GSZ-A09,fo=150mm)10:
透镜架(SZ-08)11:
透镜组L1、L2(T-GSZ-A12,f1=300mm;
12:
T-GSZ-A10,f2=190mm)13:
图5-2
1)参照图5-2,先调节毫米尺与准直物镜Lo的距离为150mm,使通过Lo的光束为平行光束。
2)加入节点架和白屏,调共轴,同时移动白屏,找到毫米尺的清晰像。
3)沿节点架导轨前后移动透镜组L1、L2,同时相应地前后移动白屏,直到节点架绕轴作不大
的转动时,白屏上面的毫米尺像无横向移动为止(此时像方节点N′即在节点架的转轴上)。
4)分别记下白屏和节点架在米尺导轨上的位置a和b,并从节点架导轨上记下透镜组中间位
置(有标线)节点架转轴中心的偏移量d。
5)将测节器转动180°
,重复3、4两步,测得另一组数据a′、b′、d′。
数据处理
A、像方节点偏离透镜组中心的距离为d
透镜组的像方焦距f=a-b
物方节点N偏离透镜中心的距离为d
透镜组的物方焦距fab
B、用1:
1的比例画出被测透镜组及其各种基点的相对位置。
6自组投影仪
投影仪的主要部分是一个会聚的投影镜头(放映物镜L2),将画片(幻灯片P)成放大的实
像于屏幕上(见光路图
6-1)。
物镜到像平面的距离
v2比物镜焦距f
大很多,所以幻灯片总在其物
方焦面的附近,物距
u2≈f,因而放大率V=-v2/u2≈-v2
/f,它与像距v2
成正比。
实验装置(图6-1)
白光源S(GY-6)
白屏H(SZ-13)
2:
聚光透镜L1(T-GSZ-A07,f1=50mm)
通用底座(SZ-04)
透镜架(SZ-08)
(SZ-02)
幻灯片P(HDP)
(SZ-03)
干版架(SZ-12)
放映物镜L2(T-GSZ-A10,
fo=190mm)
13:
图6-1
1)按图6-1排光路,调共轴。
2)使L2与H相距约1.2m(对较短平台,可用白墙代屏)前后移动P,使其在H上成一清晰
放大像。
3)使L1固定在紧靠幻灯片P的位置,取下P,前后移动光源,使其成像于L2所在平面。
4)重新装好幻灯片,观察屏上像的亮度和照度的均匀性。
5)取下L1,观察像面亮度和照度均匀性的变化。
放映物镜焦距和聚光镜焦距的选择
放映物镜:
f2
(M/(M
1)2)D2
聚光镜:
f1
D2/(M1)
[D2/(M1)]21/D1
其中:
D2
U2
V2;
D1
U1V1
M为像的放大率。
7测自组望远镜的放大率
望远镜由物镜和目镜组成,物镜的焦距大于目镜的焦距,组成特点是两透镜的光学间隔近乎为零,
物镜和目镜都是会聚透镜的为开普勒望远镜(如图7-2)。
图7-1
望远镜视角放大率(放大本领)定义为:
Г=-U'
/U
U——物对物镜的视角,U’——最后像对目镜的视角
因望远镜的光学间隔,通过计算可得:
Г=-f0'
/fe'
测量时,测出未经望远镜放大的标尺上两个红色指标间的“
E”字间距d(d
=5cm),再通
过望远镜测出对应的间距d,则望远镜的测量放大率
Г=-d
2/d1
如果标尺在有限距离(物距)
s处,则测量放大率应为
Г'
=Гs
s+f0'
实验装置(图7-2)
:
标尺(SZ-33)
物镜L(T-GSZ-A11,fo=225mm)
三维平移底座(
SZ-01)
o
二维平移底座(
SZ-02)
目镜Le(T-GSZ-A06,fe=45mm)
图7-2
1)按图7-2组成开普勒望远镜,向约3m远处的标尺调焦,并对准两个红色指标间的“E字”
(距离d1=5cm);
2)用另一只眼睛直接注视标尺,经适应性练习,在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的
标尺的叠加像,再测出放大的红色指标内直观标尺的长度d2;
3)求出望远镜的测量放大率Γd2,并与计算放大率fo作比较;
d1fe
S
注:
标尺放在有限距离S远处时,望远镜放大率Γ'
可做如下修正:
Sf0
当S′>100fo时,修正量
fo
8自组带正像棱镜的望远镜
本实验自组的望远镜属于开普勒式望远
90°
镜,其原理由两个凸透镜构成。
由于两者之间
成一个实像,可方便的安装分划板,但这种结
构成像是倒立的,如果想要观察到正像,可以借90°
助正像棱镜系统。
正像棱镜系统如图
8-1,两块450-900棱镜组合
而成,又称组合泊罗棱镜,从图中光束箭头走向
图8-1
可说明图像的翻转过程。
实验装置(图8-2)
目镜Le(T-GSZ-A06,fe=45mm)
物镜L(T-GSZ-A11,fo
=225mm)
正像棱镜系统(SZ--30
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