前  言

WSZ型光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是根據(jù)教育部高教普物光學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱的要求而設(shè)計(jì)的。平臺(tái)系統(tǒng)由光學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、平臺(tái)工作臺(tái)、多維調(diào)整架、光源、光學(xué)元件組成。教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，選擇合適的組件安排實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行開放式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力及實(shí)驗(yàn)技巧，提高教學(xué)質(zhì)量。

該產(chǎn)品分幾何光學(xué)、物理光學(xué)及近代光學(xué)三大類，共26個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其中幾何光學(xué)實(shí)驗(yàn)8個(gè)，物理光學(xué)實(shí)驗(yàn)11個(gè)，近代光學(xué)實(shí)驗(yàn)7個(gè)。其中有9個(gè)是演示實(shí)驗(yàn)，其他均為測(cè)量實(shí)驗(yàn)。加*的二十七和二十八實(shí)驗(yàn)為選做實(shí)驗(yàn)。對(duì)于書中所列的數(shù)據(jù)和透鏡焦距的大小要靈活使用，無須嚴(yán)格按照書中的數(shù)值處理實(shí)驗(yàn)。儀器采用開放式教學(xué)，老師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求選用合適的通用組件安排多種實(shí)驗(yàn)。

由于時(shí)間倉(cāng)促，水平有限，參考講義中難免有各種缺陷，參考講義僅供各位老師參考。

請(qǐng)各位老師多提寶貴意見，謝謝！

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目   錄

光學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)

實(shí)驗(yàn)一     用自準(zhǔn)法測(cè)薄凸透鏡焦距f ………………………………………………6

實(shí)驗(yàn)二     用位移法測(cè)薄凸透鏡焦距f ………………………………………………8

實(shí)驗(yàn)三     目鏡焦距fe的測(cè)量 ………………………………………………………10

實(shí)驗(yàn)四     自組顯微鏡 ………………………………………………………………12

實(shí)驗(yàn)五     自組望遠(yuǎn)鏡 ………………………………………………………………14

實(shí)驗(yàn)六     自組透射式幻燈機(jī)（投影系統(tǒng)） ………………………………………16

實(shí)驗(yàn)七     測(cè)節(jié)點(diǎn)位置及透鏡組焦距 ………………………………………………18

實(shí)驗(yàn)八     自組加雙保羅棱鏡的正像望遠(yuǎn)鏡 ………………………………………21

實(shí)驗(yàn)九     楊氏雙縫干涉 ……………………………………………………………23

實(shí)驗(yàn)十     菲涅爾雙棱鏡干涉 ………………………………………………………26

實(shí)驗(yàn)十一   菲涅爾雙面反射鏡干涉 …………………………………………………29

實(shí)驗(yàn)十二   勞埃德鏡干涉 ……………………………………………………………32

實(shí)驗(yàn)十三   牛頓環(huán)裝置 ………………………………………………………………34

實(shí)驗(yàn)十四   夫郎和費(fèi)單縫衍射 ………………………………………………………37

實(shí)驗(yàn)十五   夫郎和費(fèi)圓孔衍射 ………………………………………………………40

實(shí)驗(yàn)十六   菲涅爾單縫衍射 …………………………………………………………42

實(shí)驗(yàn)十七   菲涅爾圓孔衍射 …………………………………………………………43

實(shí)驗(yàn)十八   菲涅爾直邊衍射 …………………………………………………………45

實(shí)驗(yàn)十九   偏振光分析 ………………………………………………………………47

實(shí)驗(yàn)二十   棱鏡攝譜儀 ………………………………………………………………53

實(shí)驗(yàn)二十一 光柵單色儀 ………………………………………………………………55

實(shí)驗(yàn)二十二 全息照相 …………………………………………………………………58

實(shí)驗(yàn)二十三 制作全息光柵 ……………………………………………………………63

實(shí)驗(yàn)二十四 阿貝成像原理和空間濾波 ………………………………………………66

實(shí)驗(yàn)二十五 θ調(diào)制和顏色合成 ………………………………………………………70

實(shí)驗(yàn)二十六 測(cè)量空氣折射率 …………………………………………………………72

*實(shí)驗(yàn)二十七 等傾干涉  ………………………………………………………………76

*實(shí)驗(yàn)二十八 法布里—珀羅干涉  ……………………………………………………80

參考文獻(xiàn)

光學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)備知識(shí)

光學(xué)實(shí)驗(yàn)是普通物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)重要部分。這里先介紹光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的知識(shí)和調(diào)節(jié)技術(shù)。初學(xué)者在做實(shí)驗(yàn)以前應(yīng)認(rèn)真閱讀這些內(nèi)容，并且在實(shí)驗(yàn)中遵守有關(guān)規(guī)則和靈活運(yùn)用有關(guān)知識(shí)。

一、光學(xué)元件和儀器的維護(hù)

透鏡、棱鏡等光學(xué)元件，大多數(shù)是用光學(xué)玻璃制成的。它們的光學(xué)表面都是經(jīng)過仔細(xì)的研磨和拋光，有些還鍍有一層或多層薄膜。對(duì)這些元件或其材料的光學(xué)性能（例如折射率、反射率、透射率等）都有一定的要求，而它們的機(jī)械性能和化學(xué)性能可能很差，若使用和維護(hù)不當(dāng)，則會(huì)降低光學(xué)性能甚至損壞報(bào)廢。造成損壞的常見原因有：摔壞、磨損、污損、發(fā)霉、腐蝕等。為了安全使用光學(xué)元件和儀器，必須遵守以下規(guī)則：

• 必須在了解儀器的操作和使用方法后方可使用。
• 輕拿輕放，勿使儀器或光學(xué)元件受到?jīng)_擊或震動(dòng)，特別要防止摔落。不使用的光

學(xué)元件應(yīng)隨時(shí)裝入盒內(nèi)并放入平臺(tái)的箱子內(nèi)，放入干燥器中保存。

• 切忌用手接觸元件的光學(xué)表面。如必需用手拿光學(xué)元件時(shí)，只能接觸其磨沙面，

如透鏡的邊緣、棱鏡的上下底面等（如預(yù)備圖-1）。

• 光學(xué)表面上如有灰塵，用實(shí)驗(yàn)室專備的干燥脫脂棉輕輕拭去或用橡皮球吹掉。
• 光學(xué)表面上若有輕微的污痕或指印，用清潔的鏡頭紙輕輕拂去，但不要加壓擦拭，

更不準(zhǔn)用手帕、普通紙片、衣服等擦拭。若表面有較嚴(yán)重的污痕或指印，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室人員用丙酮或酒精清洗。所有鍍膜面均不能接觸或擦拭。

• 防止唾液或其溶液濺落在光學(xué)表面上。
• 調(diào)整光學(xué)儀器時(shí)，要耐心細(xì)致，一邊觀察一邊調(diào)整，動(dòng)作要輕、慢，嚴(yán)禁盲目及

粗魯操作。

• 儀器用畢后應(yīng)放回箱內(nèi)或加罩，防止灰塵沾污。

二、消視差

光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要測(cè)量像的位置和大小，經(jīng)驗(yàn)告訴我們，要測(cè)準(zhǔn)物體的大小，必須將量度標(biāo)尺與被測(cè)物體緊貼在一起。如果標(biāo)尺遠(yuǎn)離被測(cè)物體，讀數(shù)將隨眼睛的位置不同而有所改變，難以測(cè)準(zhǔn)，如預(yù)備圖-2所示。可是在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中被測(cè)物往往是一個(gè)看得見摸不著的像，怎樣才能確定標(biāo)尺和待測(cè)像是緊貼在一起的呢？利用“視差”現(xiàn)象可以幫助我們解

決這個(gè)問題。為了認(rèn)識(shí)“視差”現(xiàn)象，讀者可做一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)：雙手各伸出一只手指，并使一指在前，一指在后相隔一定距離，且兩指平行。用一只眼睛觀察，當(dāng)左右（或上下）晃動(dòng)眼睛時(shí)（眼睛移動(dòng)方向應(yīng)與被觀察手指垂直），就會(huì)發(fā)現(xiàn)兩指間有相對(duì)移動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“視差”。而且還會(huì)看到離眼近者，其移動(dòng)方向與眼睛移動(dòng)方向相反；離眼遠(yuǎn)者則與眼睛移動(dòng)方向相同。若將兩指緊貼在一起，則無上述現(xiàn)象，即無“視差”。由此可以利用視差現(xiàn)象來判斷測(cè)像與標(biāo)尺是否緊貼。若待測(cè)像和標(biāo)尺間有視差，說明它們沒有緊貼在一起，則應(yīng)該稍稍調(diào)節(jié)像或標(biāo)尺位置，并同時(shí)微微晃動(dòng)眼睛觀察，直到它們之間無視差后方可進(jìn)行測(cè)量。這一調(diào)節(jié)步驟，我們常稱之為“消視差”。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，“消視差”常常是測(cè)量前*的操作步驟。

三、共軸調(diào)節(jié)

光學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常要用一個(gè)或多個(gè)透鏡成像。為了獲得質(zhì)量好的像，必須使各個(gè)透鏡的主光軸重合（即共軸）并使物體位于透鏡的主光軸附近。此外透鏡成像公式中的物距、像距等都是沿主光軸計(jì)算長(zhǎng)度的，為了測(cè)量準(zhǔn)確，必須使透鏡的主光軸與帶有刻度的標(biāo)尺平行。為了達(dá)到上述要求的調(diào)節(jié)我們統(tǒng)稱為共軸調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方法如下：

1、粗調(diào)，將光源、物和透鏡靠攏，調(diào)節(jié)它們的取向和高低左右位置，憑眼睛觀察，使它們的中心處在一條和標(biāo)尺平行的直線上，使透鏡的主光軸與標(biāo)尺平行，并且使物（或物屏）和成像平面（或像屏）與平臺(tái)垂直。這一步因單憑眼睛判斷，調(diào)節(jié)效果與實(shí)驗(yàn)者的經(jīng)驗(yàn)有關(guān)，故稱為粗調(diào)。通常應(yīng)再進(jìn)行細(xì)調(diào)（要求不高時(shí)可只進(jìn)行粗調(diào)）。

2、細(xì)調(diào)，這一步驟要靠其他儀器或成像規(guī)律來判斷和調(diào)節(jié)。不同的裝置可能有不同的具體調(diào)節(jié)方法。下面介紹物與單個(gè)凸透鏡共軸的調(diào)節(jié)方法。

使物體與單個(gè)凸透鏡共軸實(shí)際上是指將物上的某一點(diǎn)調(diào)到主光軸上。要解決這一問題，首先要知道如何判斷物上的點(diǎn)是否在透鏡的主光軸上。根據(jù)凸透鏡成像規(guī)律即可判斷。如預(yù)備圖-3所示，當(dāng)物AB與像屏之間的距離b大于4f時(shí)，將凸透鏡沿光軸移到O1或O2位置都能在屏上成像，一次成大像A1B1，一次成小像A2B2。物點(diǎn)A位于光軸上，則兩次

像的A1和A2點(diǎn)都在光軸上而且重合。物點(diǎn)B不在光軸上，則兩次像的B1和B2一定都不在光軸上，而且不重合。但是，小像的B2點(diǎn)總是比大像的B1點(diǎn)更接近光軸。由此可知，若要將B點(diǎn)調(diào)到凸透鏡光軸上，只需記住像屏上小像的B2點(diǎn)位置（屏上貼有坐標(biāo)紙供記錄位置時(shí)作參照物），調(diào)節(jié)透鏡（或物）的高低左右，使B1向B2靠攏。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)幾次直到B1與B2重合，即說明B點(diǎn)已調(diào)到透鏡的主光軸上了。

若要調(diào)多個(gè)透鏡共軸，則應(yīng)先將物上B點(diǎn)調(diào)到一個(gè)凸透鏡的主光軸上，然后，同樣根據(jù)軸上物點(diǎn)的像總在軸上的原理，逐個(gè)增加待調(diào)透鏡，調(diào)節(jié)它們使之逐個(gè)與*個(gè)透鏡共軸。