光学基础实验实验报告.docx
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光学基础实验实验报告
基础光学实验
一、实验仪器
从基础光学轨道系统，红光激光器及光圈支架，光传感器与转动传感器，科学工作室500或750接口，datastudio软件系统
二、实验简介
利用传感器扫描激光衍射斑点，可标度各个衍射单缝之间光强与距离变化的具体规律。
同样可采集干涉双缝或多缝的光强分布规律。
与理论值相对比，并比较干涉和衍射模式的异同。
理论基础
衍射：
当光通过单缝后发生衍射，光强极小（暗点）的衍射图案由下式给出
asinθ=m'λ（m'=1,2,3,....）
（1）
其中a是狭缝宽度，θ为衍射角度，λ是光的波长。
下图所以为激光实际衍射图案，光强与位置关系可由计算机采集得到。
衍射θ角是指从单缝中心到第一级小，则数。
m'为衍射分布级
双缝干涉：
当光通过两个狭缝发生干涉，从中央最大值（亮点）到单侧某极大的角度由下式给出：
dsinθ=mλ（m=1,2,3,....）
（2）
其中d是狭缝间距，θ为从中心到第m级最大的夹角，λ是光的波长，m为级数（0为中心最高，1为第一级的最大，2为第二级的最大...从中心向外计数）。
如下图所示，为双缝干涉的各级光强包络与狭缝的具体关系。
三、实验预备
1.将单缝盘安装到光圈支架上，单缝盘可在光圈支架上旋转，将光圈支架的螺丝拧紧，使单缝盘在使用过程中不能转动。
要选择所需的狭缝，秩序旋转光栅片中所需的狭缝到单缝盘中心即可。
2、将采集数据的光传感器与转动传感器安装在光学轨道的另一侧，并调整方向。
3、将激光器只对准狭缝，主义光栅盘侧靠近激光器大约几厘米的距离，打开激光器（切勿
直视激光）。
调整光栅盘与激光器。
4、自左向右和向上向下的调节激光束的位置，直至光束的中心通过狭缝，一旦这个位置确定，请勿在实验过程中调整激光束。
5、初始光传感器增益开关为×10，根据光强适时调整。
并根据右图正确讲转动传感器及光传感器接入科学工作室500.
6、打开datastudio软件，并设置文件名。
四、实验内容a、单缝衍射
1、旋转单缝光栅，使激光光束通过设置为0.16毫米的单缝。
2、采集数据前，将光传感器移动衍射光斑的一侧，使传感器采集狭缝到需要扫描的起点。
3、在计算机上启动传感器，然后慢慢允许推动旋转运动传感器扫描衍射斑点，完成扫描后点击停止传感器。
若果光强过低或者过高，改变光传感器（1×，10×，100×）。
4、使用式
（1）确定狭缝宽度：
（a）测量中央主级大到每一侧上的第一个极小值之间的距离s。
（b）激光波长使用激光器上的参数。
（c）测量单缝光栅到光传感器的前部之间的距离l。
（d）利用以上数据计算至少两个不同的最小值和平均的答案。
分析计算结果与标准缝宽之间的误差以及主要来源。
b、双峰衍射
1、将单缝光栅转为多缝光栅。
选择狭缝间距为0.25mm（d）和狭缝官渡0.04mm（a）的多缝。
2、采集数据前，将光传感器移动衍射光板的一侧，是传感器采集狭缝到需要扫描的起点。
3、在计算机上启动传感器，然后慢慢允许推动旋转运动传感器扫描衍射斑点。
完成扫描后点击停止传感器。
如光强过低或者过高，改变光传感器（1×，10×，100×）。
4、利用datastudio软件来测量主极大到一侧第一、二、三次极大的距离，并测量整个包络宽度。
5、测量最大的中心之间的距离和第二次和第三次的最大侧。
测量距离从中央最高最低衍射（干扰）模式。
6、使用式
（2）确定缝间距：
（a）测量中央主级大到每一侧上的第n个极大值之间的距离hn（n=1,2,3）。
（b）测量单缝光栅到光传感器的前部之间的距离l。
（c）确定"d"值，使用第一，第二和第三的最大值，求"d"平均值。
分析实验值与标准缝间距的误差。
7、确定狭缝宽度，使用式
（1）根据主级包络到第一级包络的距离，计算双缝缝宽，并与标准值对比。
8、选择两组其他双缝，重复上述步骤。
五、实验数据与处理单缝衍射：
sl=0.0042m；sr=0.0040m；l=101.50cm;仅当λ=650nm;
由式
（1）算得ar=1.649×10m；al=1.572×10m；a=1.611×10m计算误差δr=（1.649-1.600）/1.600=3.06%δl=（1.600-1.572）/1.600=1.75%
-4
-4
-4
δ=（1.611-1.600）/1.600=0.69%
实验误差主要来源于：
图像的取值读数的误差，移动传感器速度的不稳定的影响，以及系统篇二：
光学基础实验报告
光学基础实验报告
实验1：
自组望远镜和显微镜
一、实验目的
1.了解透镜成像规律，掌握望远镜系统的成像原理。
2.根据几何光学原理、透镜成像规律和试验参数要求，设计望远镜的光路，提出光学元件的选用方案，并通过光路调整，达到望远镜的实验要求，从而掌握望远镜技术。
二、实验原理
1.望远镜的结构和成像原理
望远镜由物镜l1和目镜l2组成。
目镜将无穷远物体发出光会聚于像方焦平面成一倒立实像，实像同时位于目镜的物方焦平面内侧，经过目镜放大实像。
通过调节物镜和目镜相对位置，使中间实像落在目镜目镜物方焦面上。
另在目镜物焦方面附有叉丝或标尺分化格。
物像位置要求：
首先调节目镜至能清晰看到叉丝，后调整目镜筒与物镜间距离即对被观察物调焦。
望远镜成像
视角放大率要求：
定义视角放大率m为眼睛通过仪器观察物像对人眼张角ω'的
tan?
正切与眼睛直接观察物体时物体对眼睛的张角ω的正切之比m=tan?
。
要求
m>1。
2.望远镜主要有两种情况：
一种是具有正光焦度目镜，即目镜l2是会聚透镜的系统，称为开普勒望远镜；另一种是具有负光焦度目镜，即目镜l2是发散透
镜的系统，称为伽利略望远镜。
f1tan?
对于开普勒望远镜，有m=tan?
=-f2
公式中的负号表示开普勒望远镜成倒像。
若要使m的绝对值大于1，应有f1>f2。
对于伽利略望远镜，视角放大率为正值，成正像。
d
此外，由于光的衍射效应，制造望远镜时，还必须满足：
m=d
式中d为物镜的孔径，d为目镜的孔径，否则视角虽放大，但不能分辨物体的细节。
三、思考题
1.根据透镜成像规律，怎样用最简单方法区别凹透镜和凸透镜？
答：
（1）将这个透镜靠近被观察物，如果物的像被放大的，说明该透镜为凸透镜；
（2）将这个透镜放在阳光下或灯光下适当移动，如果出现小光斑的，说明该透镜为凸透镜．
2.望远镜和显微镜有哪些相同之处？
从用途、结构、视角放大率以及调焦等几个方面比较它们的相异之处。
答：
望远镜与显微镜都是视角放大仪器,都由物镜,目镜组成。
望远镜用于观察远处物体,用大口径,长焦距的透镜做物镜,调焦时调节物镜与目镜的距离；
显微镜用于观察细微物体,用短焦距的透镜做物镜,镜筒长度固定,调焦时调节物镜与物体之间的距离。
3.试说明伽利略望远镜成像原理，并画出光路图。
伽利略望远镜成像原理：
光线经过物镜折射所成的实像在目镜的后方（靠近人目的后方）焦点上，这像对目镜是一个虚像，因此经它折射后成一放大的正立虚像。
伽利略望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距的比值。
其优点是镜筒短而能成正像。
4.望远镜实验中，将3米远的标尺看作无穷远的物体，从而计算望远镜的实验放大率，这种估算方法引起的误差有多大？
如果需要对该放大率进行修正，应如何
做？
标尺放在有限距离s远处时，望远镜放大率可做如下修正：
当s＞100
时，修正量题中s=3m
实验2薄透镜焦距测定
一、实验原理
1、凸透镜焦距的测定
（1）粗略估计法：
以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光线聚成一光点（或像）,此时，s?
?
，s?
f，即该点（或像）可认为是焦点，而光点到透镜中心的距离，即为凸透镜的焦距，由于这种方法误差很大，大都用在实验前作粗略估计。
（2）利用物距像距法求焦距：
当透镜的厚度远比其焦距小的多时，这种透镜称
ff?
?
1
为薄透镜。
在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表示为：
ss
f?
?
f?
ss
s?
s
当将薄透镜置于空气中时，则焦距
（3）自准直法：
如图2.2所示，在待测透镜l的一侧放置被光源照明的物屏，在另一侧放一平面反射镜，移动透镜（或物屏），当物屏正好位于凸透镜之前的焦平面时，物屏上任一点发出的光线经透镜折射后，将变为平行光线，然后被平面反射镜反射回来。
再经透镜折射后，仍会聚在它的焦平面上，即原物屏平面上，形成一个与原物大小相等方向相反的倒立实像。
此时物屏到透镜之间的距离就是待测透镜的焦距，即f?
s
（4）共轭法：
；取物屏像屏之间的距离大于4倍焦距，且保持不变，沿光轴方向移动透镜，则必能在像屏上观察到二次成像。
如图2.3所示，设物距为s1时，得放大的倒立实像;物距为s2时，得缩小的倒立实像，透镜两次成像之间的相移为d,根据透镜成像公式，将?
1?
?
?
2?
?
（d?
d）/2
?
1?
?
?
2?
?
（d?
d）/2
d2?
d2f?
4d代入得
可见，只要在光具座上确定物屏、像屏以及透镜二次成像时其滑座边缘所在位置，
就可比较准确的求出焦距。
2.凹透镜焦距的测定
（1）视差法：
在物和凹透镜之间置一有刻痕的透明玻璃片，当透明玻璃片上的刻痕和虚像无视差时，透明玻璃片的位置就是虚像的位置。
（2）辅助透镜成像法：
如图2.6所示，先使物发出的光线经凸透镜l1后形成一大小适中的实像ab，然后在l1和ab之间放入待测凹透镜l2,就能使虚物ab产生实像ab。
分别测出l2到ab和ab之间的距离s1、s2，即可求出l2的像方焦距f2。
二、数据处理
%f?
19.08+/-0.04?
ef?
0.2%
表2.2自准法物屏位置x。
=485单位：
cm%f?
19.9+/-0.3?
ef?
1.5%
表2.3共轭法物屏位置x。
=10cm像屏位置x3=95
d?
x3?
x1?
85cm
cm
ef?
%
f=19.78+/-0.050.25%
2、测量凹透镜焦距
cmf?
7.53+/-0.014?
ef?
%1.86%
cm表格5辅助透镜成像法ab位置x0?
635cm?
f?
?
19.61+/-0.24ef=1.24%
三、思考题
1、如会聚透镜的焦距大于光具座的长度，试设计一个实验，在光具座上能测定它的焦距。
用平行光射入透镜，在光具座面上放一镜子，反射透镜过来的光，然后用一小屏幕去看光汇聚的最小光点，然后测出座面距小屏幕的距离，加上光具座的距离便是焦距；
也可用一束很细的激光垂直于透镜的面射入，并量出与透镜的中心轴距离，以及通过透镜后光落在座面上与透镜中心轴的距离，通过几何的方式算出焦距。
使用一个焦距小的透镜在此透镜前方，以此来减小焦距，是光点落在光屏上通过测量待测透镜与已知焦距的距离即可得答案使用平面镜反射也可2、用共轭法测凸透镜焦距时，为什么必须使d?
4f？
试证明之。
由物像共轭对称性质的到透镜焦距f=（d^2-d^2）/（4d）。
其中，d是两次得到清晰的物像所在位置之间的距离，所以d是大于零的，如果d是小于或等于4f的话，那上式的到的f是负值或零。
因为1/u+1/v=1/fu>0v>0
l=u+v=uv/f篇三：
光学基础实验实验报告（i）刘云鹏912104520140
实
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