物理实验思考题答案.docx

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物理实验思考题答案

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光学实验思考题集

一、薄透镜焦距的测定

⒈远方物体经透镜成像的像距为什么可视为焦距？

答：

根据高斯公式＝1，有其空气中的表达式为，对于远方的物体有u＝－∞，代入上式得f´＝v，即像距为焦距。

⒉如何把几个光学元件调至等高共轴？

粗调和细调应怎样进行？

答：

对于几个放在光具座上的光学元件，一般先粗调后细调将它们调至共轴等高。

⑴粗调

将光学元件依次放在光具座上，使它们靠拢，用眼睛观察各光学元件是否共轴等高。

可分别调整：

1）等高。

升降各光学元件支架，使各光学元件中心在同一高度。

2）共轴。

调整各光学元件支架底座的位移调节螺丝，使支架位于光具座中心轴线上，再调各光学元件表面与光具座轴线垂直。

⑵细调（根据光学规律调整）

利用二次成像法调节。

使屏与物之间的距离大于４倍焦距，且二者的位置固定。

移动透镜，使屏上先后出现清晰的大、小像，调节透镜或物，使透镜在屏上成的大、小像在同一条直线上，并且其中心重合。

⒊能用什么方法辨别出透镜的正负？

答：

方法一：

手持透镜观察一近处物体，放大者为凸透镜，缩小者为凹透镜。

方法二：

将透镜放入光具座上，对箭物能成像于屏上者为凸透镜，不能成像于屏上者为凹透镜。

⒋测凹透镜焦距的实验成像条件是什么？

两种测量方法的要领是什么？

答：

一是要光线近轴，这可通过在透镜前加一光阑档去边缘光线和调节共轴等高来实现；二是由于凹透镜为虚焦点，要测其焦距，必须借助凸透镜作为辅助透镜来实现。

物距像距法测凹透镜的要领是固定箭物，先放凸透镜于光路中，移动辅助凸透镜与光屏，使箭物在光屏上成缩小的像（不应太小）后固定凸透镜，记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜于光路中，并移动光屏和凹透镜，成像后固定凹透镜（O2），并记下像的坐标位置（P´）；此时O2P＝u，O2P´＝v。

用自准法测凹透镜焦距的要领是固定箭物，取凸透镜与箭物间距略小于两倍凸透镜的焦距后固定凸透镜（O1），记下像的坐标位置（P）；再放凹透镜和平面镜于O1P之间，移动凹透镜，看到箭物平面上成清晰倒立实像时，记下凹透镜的坐标位置（O2），则有f2＝O2P。

⒌共轭法测凸透镜焦距时，二次成像的条件是什么？

有何优点？

答：

二次成像的条件是箭物与屏的距离D必须大于4倍凸透镜的焦距。

用这种方法测量焦距，避免了测量物距、像距时估计光心位置不准所带来的误差，在理论上比较准确。

6．如何用自准成像法调平行光？

其要领是什么？

答：

固定箭物和平面镜，移动箭物与平面镜之间的凸透镜，使其成清晰倒立实

三、分光计的调节及棱镜玻璃折射率的测定

1．分光计的读数装置为什么要有两个读数窗?

在测量角度时，读数应注意什么

答：

为了消除望远镜（即游标）和载物台（即度盘）得转动轴与中心轴不重和即偏心对测量的影响，在度盘一条直径的两端各安装一个游标，读数时，通过观察窗上部的放大镜观察刻度尺，分别对两个游标读数。

2．分光计的度尺根据游标原理刻成，在用分光计测量前是否需记下零读数（零差）?

为什么?

答：

在用分光计测量前不需要记下零读数（零差），因为用分光计测角度实际上是测定处于与度盘平面平行的平面内，且通过中心轴的两束平行光束的夹角。

3．为什么用平面镜调节分光计平台时，要调相互垂直二次？

答：

因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。

所以要调相互垂直二次。

4．在测三棱镜最小偏向角时，有时无论哪个方向转都没有最小偏向角，这是为什么？

也可能转动三棱镜谱线（出射光线）没有动，这又是为什么？

答：

三棱镜的位置没有放好，光路没有调整好，三棱镜的磨砂面朝那个方向没定位正确，无论哪个方向转都没有最小偏向角。

5．测最小偏向角时，入射角、出射角关系如何？

入射光线、出射光线关系如何？

三棱镜中的光线方向如何？

答：

在测最小偏向角时，入射角和出射角相等，入射光线和出射光线在底边的两侧，并对称，三棱镜中的光线方向

6．阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？

答：

阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。

它有两种工作方式，即透射式和反射式。

7．阿贝折射率仪是根据什么原理制成的？

答：

阿贝折射率仪是根据全反射原理制成的。

它有两种工作方式，即透射式和反射式。

4棱镜色散的研究

1．分光计实际调节的是哪三个面共面？

答：

（1）读数平面，

（2）观察平面，（3）待测光路平面。

2．如何调节望远镜调焦无穷远？

答：

（1）旋转望远镜目镜，使目镜中的十字叉丝清晰。

（2）找到反射回来的绿色叉丝象，拉伸目镜镜筒，使之清晰，并使叉丝与叉丝象无视差，然后固定目镜。

3．用平面镜调节为什么要放二个位置来调节？

答：

因为一条直线不能确定一个平面，两条相交直线才能确定一个平面。

所以要调相互垂直二次。

五、夫琅和费衍射的强度分布和观察

1.实验中为什么要找出中央明纹的位置？

本实验的最终目的是为了能做出光强度分布图，找出中央明纹的位置，使其极大值位于所测数据的中间位置，做出的图像才能够出现主极大和其两边的二级极大。

2.实验中为什么要保证中央明纹的光电流值不要偏小？

如果中央明纹的光电流值偏小，那么其他位置的光电流值将更小，自然光照射的光电流值给作图带来一定的麻烦，而且，做出的图效果也不好。

3．在单缝实验过程中，当缝宽b及缝到屏的间距d增大或减少时，条纹如何变化？

答：

b增大，条纹变密。

D增大，条纹变稀。

6菲涅耳衍射实验研究

7用双棱镜干涉测钠光波长

1．双棱镜干涉属什么方法的干涉，什么类型的干涉？

答：

双棱镜干涉属于双光束干涉，是分波阵面方法的干涉

2．如何测量波长差？

如何较准确测量？

答：

以钠灯为光源调节干涉仪看到等倾干涉条纹，移动M1镜，使视场中心的视见度最小，记录M1的位置为d1，沿原方向继续移动M1，直至视见度又为最小，M1的位置为d2，Δd=∣d2-d1∣,

3、双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距是否影响干涉条纹？

答：

双棱镜干涉实验中，单缝距双棱镜的间距对干涉条纹会有影响。

八、用牛顿环测透镜曲率半径和用劈尖测厚度（直径）

1、为什么实验中有的学生算出的R20-10、R25-15、R30-20会有很大的差异？

（1）在数暗环时计数错误或计算中带错数据都可导致此结果。

（2）在转动读数显微镜副尺时，有正转、反转交叉转动的现象。

（3）目镜中的纵丝没有压到暗环的中央，而是与暗环内切或外切。

2、为什么实验中有的学生测出的R持续偏小？

（1）读数显微镜中看到的明暗相间的条纹不清晰。

（2）把中心的暗斑数做第一环。

3、牛顿环的各环是否等宽?

环的密度是否均匀?

如何解释?

答：

牛顿环的各环不等宽，中间宽边缘窄；环的密度也不均匀，中间密边缘稀。

这是由干涉公式决定。

4、用同样的实验方法，能否测定凹透镜的曲率半径?

答：

能测定凹透镜的曲率半径。

5、牛顿环干涉条纹畸变的可能原因有哪些?

答：

这是由于灰尘或凸透镜和平板玻璃不规则造成的。

6．在牛顿环实验中，如何正确测量圆环的直径？

答：

在牛顿环实验中，测量直径时级次K要取适当大,为了避免螺距误差,测量时显微镜要向一个方向移动,不能中途反向转动.在测量直径时,中心应是暗点,一边是内切,另一边应是外切.调节时应注意将显微镜镜筒先下降,然后缓慢上升,以免损坏牛顿环.

7．牛顿环的干涉属于哪种方法的干涉？

哪种类型的干涉？

迈克尔逊干涉仪的干涉属于哪种方法的干涉？

哪种类型的干涉？

答：

牛顿环的干涉属于分振幅方法的干涉，是等厚干涉。

迈克尔逊干涉仪的干涉利用分割光波振幅的方法的干涉，是等倾干涉。

8．牛顿环的中心明暗如何？

条纹疏密如何？

条纹级次高低如何？

答：

牛顿环的中心是暗点，条纹中央疏，边缘密，中央低级次，边缘高级次的明暗相间的圆条纹。

9．白光照射劈尖时，干涉条纹如何？

答：

白光照射劈尖时，干涉条纹将是相互平行的彩纹。

10．在调节牛顿环时，为什么不能旋紧三个调节螺丝？

答：

在调节牛顿环时，如果将三个调节螺丝旋得太紧，压力太大会使两块玻璃变形，而使它们之间的接触不是点而变成了面。

11．理论上，牛顿环的中心，应该是暗纹，还是明纹？

为什么？

答：

牛顿环是一块平板玻璃和一块凸玻璃组成的，从理论上讲它们接触应是个点，从上面看下去中心应是暗纹，而从下面看上来中心就是明纹。

12.在调节牛顿环时，为什么不能旋紧三个调节螺丝？

答：

在调节牛顿环时，如果将三个调节螺丝旋得太紧，压力太大会使两块玻璃变形，而使它们之间的接触不是点而变成了面。

13.理论上，牛顿环的中心，应该是暗纹，还是明纹？

为什么？

答：

牛顿环是一块平板玻璃和一块凸玻璃组成的，从理论上讲它们接触应是个点，从上面看下去中心应是暗纹，而从下面看上来中心就是明纹。

九、用透射光栅测定光波波长

1、光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处?

在上述两种光谱中，哪种颜色的光偏转最大?

答:

光栅光谱和棱镜光谱采用不同的分光器件--衍射光栅和三棱镜得到的。

前者依据光栅方程（k=0，士1，士2,...）；后者根据不同波长的光在玻璃中的折射率不同产生色散。

在光栅光谱中，对于同一衍射级次k,波长越大衍射角也越大，即红光偏转最大；在棱镜光谱中，由于波长越大折射率越小，偏向角也越小，故紫光偏转最大。

2、当狭缝太宽或太窄时将会出现什么现象?

为什么?

答:

狭缝太宽时谱线太亮、太宽，所以会造成较大的测量误差;狭缝太窄时谱线亮度不够，甚至会造成找不到谱线。

因此应该使狭缝宽窄合适。

3、入射光末垂直照射光栅所造成的后果是什么？

入射光末垂直照射光栅会给实验带来了系统误差。

当光线以φ角人射光栅时，光栅公式变为（k==0,士1,+2，…）由于对正、负k级而言,φ值为一正一负，所以造成两边衍射角不相等。

如果只取一侧的衍射角，代入计算，则误差较大。

在本实验中，由于把正、负同级衍射角取了平均，部分地消除了由此造成的误差。

在测波长时，由于入射角不变，所以进一步抵销了由此造成的误差。

但是从操作技能等方面考虑，今后应尽量避免类似情况发生。

4、实验时并不要求仪器转轴过光栅面，这对测量衍射角有无影响?

答：

这对测量衍射角无影响。

5、在用自准直法调整光栅方位时，可以同时看到两个一强一弱的十字反射像，它们是怎样形成的?

调整时应如何处理?

答：

强的十字反射像是由光栅前表面反射的；弱的十字反射像是由光栅后表面反射的。

调整时只以强的十字反射像为准。

6、缝的宽度对光谱的观测有什么影响?

答：

狭缝的宽度太宽测量光谱不准确且分不出黄1和黄2光谱；狭缝的宽度太窄则狭缝的亮度又太弱，不利于测量。

7．为什么要使平行光垂直入射光栅？

如何调节？

答：

因为只有在平行光垂直入射光栅的情况下，才能用。

分光计调整好后，把平面镜换成光栅，放置光栅时要使公共转轴在光栅平面内，左右转动平台使经光栅反射的绿色叉丝与目镜中的调整叉丝重合，同时缝像又与测量用叉丝的垂直轴重合。

8．如果平行光不垂直入射光栅，则条纹数是否改变？

如要测量，则计算公式如何？

如何测量？

答：

如果平行光不垂直入射光栅，则零级条纹两边的条纹数将不对称，如要测量，则计算公式不能用，而要变成

分光计调整好后，把平面镜换成光栅，放置光栅时要使公共转轴在光栅平面内，左右转动平台使经光栅反射的绿色叉丝与目镜中的调整叉丝重合，同时缝像又与测量用叉丝的垂直轴重合。

9．如何调节望远镜聚焦无穷远？

答：

（1）旋转望远镜目镜，使目镜中的十字叉丝清晰。

（2）找到反射回来的绿色叉丝象，拉伸目镜镜筒，使之清晰，并使叉丝与叉丝象无视差，然后固定目镜。

10．为什么说当缝像（光栅0级谱线）与十字叉丝竖直线重合时，并且光栅反射回来的绿色叉丝与调整用叉丝重合时，平行光已经垂直入射光栅？

答：

当缝像（光栅0级谱线）与十字叉丝竖直线重合时，望远镜与平行光管光轴已垂合。

光栅反射回来的绿色叉丝与调整用叉丝重合时，望远镜光轴与仪器转轴垂直，平行光已经垂直入