雙棱鏡測(cè)量波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及調(diào)節(jié)技巧畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2025-08-16 16:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)節(jié)上，在我初次做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，即使在實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)做好充分的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟已經(jīng)了解得比較清楚了，可是在實(shí)驗(yàn)的過程中總是遇到各種各樣的問題，在實(shí)驗(yàn)儀器的調(diào)節(jié)上花費(fèi)了很長(zhǎng)的時(shí)間，沒辦法 獨(dú)立地在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過了多次的摸索和嘗試，我尋找到了一種比較快捷的調(diào)節(jié)方法。 在實(shí)驗(yàn)中采用的是鈉光燈作為光源。 “等高共軸”調(diào)節(jié)為第一步，也最為關(guān)鍵，“等高共軸”要是沒調(diào)節(jié)好，將會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作造成很大的困難，也會(huì)引起較大的實(shí)驗(yàn)誤差。 A、 我并不采用直接將各個(gè)光學(xué)儀器一并排列放在光具座上，而是一個(gè)一個(gè)地調(diào)節(jié)等高共軸。打開鈉光燈，在光具座上依次放上凸透鏡和狹縫，粗略調(diào)節(jié)等高，使狹縫均勻被照亮。再放上雙棱鏡，眼睛透過棱鏡看狹縫，開始時(shí)狹縫調(diào)大一點(diǎn)，左右調(diào)節(jié)狹縫使棱脊逐漸與狹縫平行，判斷棱脊與狹縫平行是否平行的 標(biāo)準(zhǔn)是（此時(shí)透過棱鏡看到的是一條豎直的黑線在狹縫中間。）再將狹縫調(diào)小一點(diǎn)，繼續(xù)細(xì)調(diào)棱鏡，使棱脊將狹縫平分，繼續(xù)重復(fù)以上動(dòng)作幾次，就可以調(diào)節(jié)得到狹縫與棱脊取向平行。這樣可以粗略調(diào)節(jié)狹縫與雙棱鏡“等高共軸”。 B、在雙棱鏡后面放一個(gè)凸透鏡。透過透鏡可以看到雙棱鏡的棱在凸透鏡中間，此時(shí)可以認(rèn)為凸透鏡與狹縫、雙棱鏡等高共軸。開始時(shí)凸透鏡盡量靠近雙棱鏡，慢慢地將白屏一點(diǎn)一點(diǎn)遠(yuǎn)離凸透鏡，同時(shí)微微前后移動(dòng)凸透鏡，可以在白屏上看到兩條細(xì)銳的光線，這個(gè)就是所要找的大像。要是兩條光線的亮度不一樣說明狹縫與雙棱鏡的棱脊不嚴(yán) 格平行，可以左右調(diào)節(jié)雙棱鏡，使兩條光線的亮度一樣。只要先找出的大像就可以很快地找到小像，撤去白屏，放上測(cè)微目鏡，用一張白紙放在測(cè)微目鏡前，上下左右調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡，使放大的像進(jìn)入測(cè)微目鏡中，前后移動(dòng)透鏡，使在測(cè)微目鏡中觀察到的像最清晰， 調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡仰角旋鈕， 使大像處在測(cè)微目鏡視場(chǎng)的中心位置。將凸透鏡靠近測(cè)微目鏡， 觀察測(cè)微目鏡中大像的變化，若大像（大像在凸透鏡靠近測(cè)微目鏡的這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生變化，由大像變模糊，再逐漸向縮小的清晰的像變化）的中心向上或向下漂移，調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡仰角旋鈕，將大像調(diào)至中央。“等高同軸”調(diào)好的 標(biāo)準(zhǔn)是：當(dāng)凸透鏡靠近測(cè)微目鏡時(shí)，大像在測(cè)微目鏡中均勻向中心靠近，若大像偏向左右，可調(diào)節(jié)左右調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡。 B、 撤去凸透鏡，將測(cè)微目鏡逐漸向雙棱鏡靠近，用白紙放在雙棱鏡后面，可看到微弱的光線，調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡，使光線進(jìn)入測(cè)微目鏡，在測(cè)微目鏡中找到兩個(gè)虛光源的交疊區(qū)域，其特點(diǎn)是比視場(chǎng)的其他 雙棱鏡測(cè)量波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及調(diào)節(jié)技巧 10 部分要亮一點(diǎn)，要是沒找到交疊區(qū)域，可以將測(cè)微目鏡移近雙棱鏡，可以增大視場(chǎng)，利于找到交疊區(qū)域，找到交疊區(qū)域后只需要微微調(diào)節(jié)下狹縫的平行度就可以調(diào)節(jié)出清晰的干涉條紋。通過測(cè)微目鏡可以看到逐漸清晰的干涉條紋，調(diào)節(jié)狹縫使干涉條紋達(dá)到最清晰，此 時(shí)狹縫和雙棱鏡的棱脊嚴(yán)格平行。然后將狹縫和雙棱鏡固定（注意：雙棱鏡和狹縫的距離盡量靠近，這樣子比較容易調(diào)節(jié)平行）。此時(shí)可以將測(cè)微目鏡前后移動(dòng)，使干涉條紋的寬度適合。 C、重復(fù)找大小像的步驟，撤去白屏，在白屏的位置上放上測(cè)微目鏡，左右細(xì)微調(diào)節(jié)，使亮點(diǎn)進(jìn)入測(cè)微目鏡，再前后細(xì)微調(diào)節(jié)測(cè)微目鏡，使透過測(cè)微目鏡看到細(xì)銳的光線此時(shí)可以測(cè)出小像的距離 d1。保持測(cè)微目鏡的位置不變，把凸透鏡移向雙棱鏡，透過測(cè)微目鏡可以看到形成兩條大的細(xì)銳的光線，此時(shí)可測(cè)出 d2。實(shí)驗(yàn)中要找出兩個(gè)放大和縮小的像是比較難的。建議先找出大像再找小像。 誤差分析 二次成像法實(shí)驗(yàn)誤差理論分析 光波的波長(zhǎng)的計(jì)算公式： xDdd ?? 21? ① 對(duì)公式 ① 取對(duì)數(shù)得到： ? ? Dxdd lnlnlnln21ln21 ?????? ② 對(duì)式子 ② 取微分得到DdDxxdddddddd ???????????? ?? 2 21 121?? ③ 把微分寫成相對(duì)誤差的形式： ? ?DDxxddddE ?????????????? ?????? 2 21 121?? ④ 對(duì)式子 ④ 進(jìn)行分析可以知道雙棱鏡測(cè)量波長(zhǎng)的誤差來源主要來自于三個(gè)方面的測(cè)量誤差。由第一項(xiàng)???????? ??? 221121 dddd 引起的誤差是最大的，因?yàn)?d 的數(shù)值時(shí)很小的。由第二項(xiàng) ? ?xx??? 引起的誤差比較小，因?yàn)槭菧y(cè)量多條條紋求平均值。由第三項(xiàng) DD? 所引起的誤差最小，因?yàn)?D 值比較大。 第一項(xiàng)引起的誤差最大，只要我們盡量減少第一項(xiàng)所引起的誤差就可以大大地減少整個(gè)實(shí)驗(yàn)的誤 雙棱鏡測(cè)量波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及調(diào)節(jié)技巧 11 差。從第一項(xiàng) ???????? ???221121 dddd 所引起的誤差，可以通過基本不等式得到它取得最小值的情況2211221121 dddddddd ??????????? ??? 可知當(dāng)?shù)诙?xiàng)取得最小值時(shí)的條件是2211 dddd ??? 由于 1d? 和 2d? 都是由讀數(shù)顯微鏡所引起的誤差，所以可以近似地看作 21 dd ??? ，所以可以得到當(dāng) 21 dd? 第一項(xiàng)取得最小值，也就是誤差最小。針對(duì)第一項(xiàng)所引起的誤差，所以我們要使放大的虛光源的像的間距盡量接近縮小的虛光源的像的間距。為了使兩個(gè)虛像的間距盡量接近我采用等大成像法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過一次又一次改變狹縫與雙棱鏡的距離，凸 透鏡與雙棱鏡的距離，發(fā)現(xiàn)很難調(diào)節(jié)得到兩個(gè)虛像的間距相等或接近。針對(duì)這個(gè)問題，我采用了另外的一種方法來測(cè)量光波的波長(zhǎng)。我覺得當(dāng)放大的像與縮小的像重合的時(shí)候，也就是放大的像與縮小的像重合的時(shí)候，也就是兩個(gè)像相等，可以得到 21 dd? 。根據(jù)凸透鏡的成像規(guī)律。如表 1 所示： 物距（ u） 像距（ v） 正倒 大小 虛實(shí) u2f f v2f 倒 縮小 實(shí) u=2f u=2f 倒 等大
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