双棱镜干涉实验中调节方法的运用范文

本站小编为你精心准备了双棱镜干涉实验中调节方法的运用参考范文，愿这些范文能点燃您思维的火花，激发您的写作灵感。欢迎深入阅读并收藏。

摘要:

分析了双棱镜干涉实验中传统调节方法存在的缺陷，改进了调节方法，使调节方法、步骤清晰，消除了传统调节方法中存在的某些盲目性，使学生能很快调节出干涉条纹，提高了实验效率。

关键词:

双棱镜;调节方法;改进

双棱镜干涉实验是大学物理实验中的一个基础光学实验，由于该实验对学生掌握光学仪器的精确调节具有很高锻炼价值，因此很多实验工作者对该实验的调节方法［1］、实验方法［2-4］，数据处理方法［5］等进行了探讨，足见其在大学物理实验中的重要地位。但是，该实验也是学生公认的实验操作难度较大的实验。其难度主要体现在学生很难调节出清晰的干涉条纹。即使优秀学生在做这个实验的时候，耗费的时间也很长，甚至有的学生花费3个学时的时间，也调节不出干涉条纹。使很多学生对该实验产生恐惧心里，也使部分学生在选课时尽量避开该实验。为了使学生对该实验消除恐惧心理，也为广大实验教学工作者提供一个方便的调节方法，我们对该实验的调节方法进行了细致的研究和分析，找到了一种快速并且必定能调出干涉条纹的调节方法。

1实验原理和传统调节方法简介

1．1实验原理

利用双棱镜干涉测量钠光的波长是利用分波阵面法获得相干光，进而进行波长的测量。如图1所示，由S发出的单色光经双棱镜折射后分成两束，相当于从两个虚光源S1和S2射出的两束相干光。这两束光在重叠区域内产生干涉，在该区域内放置的测微目镜中可以观察到干涉条纹。根据光的干涉理论能够得出相邻两明(暗)条纹间的距离为Δx=λL/a，即可有λ=Δxa/L，其中，L为虚光源到接收屏之间的距离，在该实验中我们测的是狭缝到测微目镜的距离;a为两个虚光源的距离，用共轭法来测，即a=a1a槡2，a1，a2是两虚光源成大象和小象时通过测微目镜测得实像间的距离，Δx很小，也通过测微目镜测量。

1．2实验传统调节方法与步骤

(1)共轴调节:把狭缝、凸透镜、像屏置于光具座上，高低基本一致，钠灯置于狭缝前，先把狭缝调得宽一些，以便容易观察。先使狭缝到像屏的距离大于凸透镜焦距的4倍，然后移动透镜成小像时调像屏，成大像时调透镜，使狭缝S的大、小像中心都处于像屏的中心。

(2)把双棱镜置于狭缝与凸透镜之间，调其高低左右与原光路共轴，并纵向微调凸透镜的位置使像屏上出现两个虚光源S1和S2的像的光强基本相同。

(3)用测微目镜代替像屏，调节测微目镜与其他元件共轴，调节透镜前后位置，在测微目镜中观察到清晰的大像和小像，并测量大像间距a1和小像间距a2。

(4)把凸透镜从光具座上取下，适当减小测微目镜到屏的距离，调节狭缝宽窄和双棱镜楞脊方向，直至观察到清晰的干涉条纹，然后测量15条干涉条纹的间距，并测量狭缝到测微目镜分划板间的距离L。

1．3对传统调节方法与步骤的分析

1．2中的调节方法，对于熟练的老师而言是清楚明了的，但对于初次做该实验，甚至做过几次但并不熟练的学生而言，要想调出清晰的干涉条纹是很困难的。在上述方法中，第(1)、(2)、(3)步没有不妥之处，但这样测得虚光源间距，有可能因狭缝太宽造成测量结果的不准确。第(4)步表述笼统，学生往往不知道狭缝宽度多大为合适，在调节双棱镜棱脊的方向时也显得很盲目，因为不知道什么情况双棱镜的棱脊与狭缝平行。有的老师会告诉学生，当调出清晰条纹时就平行了，问题是很难调出干涉条纹。因为要调出清晰的干涉条纹必须满足四个条件:狭缝的宽度满足空间干涉条件;双棱镜的棱脊与狭缝平行;双棱镜的棱脊处于狭缝的中央，产生的干涉条纹处于测微目镜的视场中。但是依据上述方法调节时，四个条件很难同时满足，而且在调节时还会相互影响，如:调小相逢时，狭缝的中心就会偏离原来的位置，双棱镜棱脊的位置也需要移动，因此在测微目镜中很难观察到清晰的干涉条纹。为此我们提出如下的调节方法和步骤。

2调节方法和步骤的改进

前两步仍按1．2中(1)、(2)进行调节。以后步骤按下述方法步骤进行操作。

(3)用测微目镜代替像屏，调节测微目镜与其他元件共轴，在测微目镜中可以观察到两条光带。

(4)调节狭缝宽度使其满足狭缝的空间许可条件［6］，当可以在狭缝周围明显地观察到明暗相间的条纹时，狭缝宽度就合适了。

(5)前后移动凸透镜，在测微目镜中观察清晰的大像或小像前，可以观察到如图2(a)所示的光带时，说明狭缝与双棱镜棱脊不平行，需要调节狭缝和双棱镜棱脊方向，当观察到如图2(b)或图2(c)所示情况时，说明狭缝和双棱镜棱脊方向平行且处于竖直方向，但两条光带若宽度不同(如图2(b)所示)，则说明双棱镜棱脊不再狭缝中央，此时左右调节狭缝位置，直至出现图2(c)所示的两个光带宽度一样(可以通过测微目镜测出两个光带的宽度进行比较)，此时，双棱镜的棱脊就处于狭缝的中央了。

(6)前后移动凸透镜，直至出现如图3(a)，(b)所示清晰的大像或小像时(图2(c)中的两光带变为锐细的两条亮线)，测出间距a1，a2。图3中的大象在拍照时因光较强，在亮线周围出现了光晕，其中白色的亮线才是大像。

(7)把凸透镜从光具座上移除，并把测微目镜适当向双棱镜移近，此时可以在测微目镜中观察到干涉条纹，若条纹不清晰，可以稍微调节双棱镜的棱脊方向，即可观察到如图3(c)所示的清晰干涉条纹。测出10个以上的干涉条纹的间距，求得Δx。

3结论

利用改进的调节方法，从测量虚光源间距到调节出干涉条纹，前后浑然一体，既避免了调节干涉条纹时盲目操作，也避免了测量虚光源间距因狭缝太宽造成的测量不准确，自第(3)步调节开始，都通过观察测微目镜进行调节，使调节有章可循，也使调节更准确、更快，特别是能更快地调节出清晰的干涉条纹，节省了调节时间，提高了实验效率。

参考文献:

［1］方阳．双棱镜干涉实验中调出干涉条纹的好方法［J］．物理教学探讨，2013，31(457):57-58．

［2］王明吉，张利巍，王晓莉．双棱镜干涉4种实验方法的研究与探讨［J］．物理实验，2008，28(4):25-27．

［3］王朴，彭双艳．菲涅耳双棱镜放置方式对实验结果的影响［J］．物理实验，2009，29(10):34-37．

［4］陈余行，陈良雷，双棱镜干涉中虚光源的测量方法对实验的影响［J］．大学物理实验，2014，27(1):32-33．

［5］余小英，李凡生．基于Matlab的双棱镜干涉图像处理研究［J］．物理实验，2010，30(5):28-31．

［6］陆改玲，陈霞，于跃洋，空间相干性条件在双棱镜干涉实验中的必要性讨论［J］．中国校外教育杂志:课程探索，2014．12:462．

作者:张胜海 吴天安 张岩 单位:解放军信息工程大学