到阳极而形成光电流，当继续增大电压U反，由于电场力做负功使电子减速，当使其到达阳极前速度刚好为零时U反=US，
此时所观察到的光电流为零，由此可测得此光电管在当前光源下的截止电压US。
实验步骤
（1）按讲义中的电路原理图连接好实物电路图；
（2）测光电管的伏安特性曲线：
①先使正向电压加至30伏以上，同时使光电流达最大（不超量程），
②将电压从0开始按要求依次加大做好记录；
（3）测照度与光电流的关系：
①先使光电管距光源20cm处，适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程）；
②逐渐远离光源按要求做好记录；
实验步骤
（4）测光电管的截止电压：
①将双向开关换向；
②使光电管距光源20cm处，将电压调至“0”，适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程），记录此时的光
电流I0，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值US；
③使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。
数据处理
（1）伏安特性曲线
（2）照度与光电流的关系
-10
0
10
20
30
40
50
伏安特性曲线
照度与光电
流曲线
（3）零电压下的光电流及截止电压与照度的关系
L/cm20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
0.002
2
1/L
5
0.001
6
0.001
1
0.000
8
0.000
6
0.000
4
0.000
3
0.000
2
0.000
15
I/µA19.97
12.54
6.85
4.27
2.88
1.51
0.87
0.53
0.32
25
20
15
10
5
0
U/V
-0.6
4
0
1.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
20.0
30.0
40.0
I/mA
0
2.96
5.68
10.3
4
16.8
5
18.7
8
19.9
0
19.9
2
19.9
4
19.9
5
19.9
7
（2）电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成（r）反比即光电管得到的光子数与r成反比,因此打出的电子
数也与r成反比,形成的饱和光电流也与r成反比,即I∝r。
1.临界截止电压与照度有什么关系?
从实验中所得的结论是否同理论一致?
如何解释光的波粒二象性?
答：
临界截止
电压与照度无关，实验结果与理论相符。
光具有干涉、衍射的特性，说明光具有拨动性。
从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描
2
2.可否由Us′ν曲线求出阴极材料的逸出功?
答：
可以。
由爱因斯坦方程hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e
和普朗克常数，还可以求出截距（h/e）υo，再由截距求出光电管阴极材料的红限
υo，从而求出逸出功A=hυo。
光的干涉—牛顿环
实验目的
（1）观察等厚干涉现象及其特点。
（2）学会用干涉法测量透镜的曲率半径与微小厚度。
实验方法原理
利用透明薄膜（空气层）上下表面对人射光的依次反射，人射光的振幅将分成振幅不同且有一定光程差的两部分，
这是一种获得相干光的重要途径。
由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，同一条干涉条纹所
对应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。
将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面置于光学平板玻璃上，在透镜的凸
面和平板玻璃的上表面间就形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
当平行的单色光垂直入射时，
入射光将在此薄膜上下两表面依次反射，产生具有一定光程差的两束相干光。
因此形成以接触点为中心的一系列明暗交
22
4（m−n）⎣
y
4（m−n）⎣
实验步骤
（1）转动读数显微镜的测微鼓轮，熟悉其读数方法；调整目镜，使十字叉丝清晰，并使其水平线与主尺平行（判断的
方法是：
转动读数显微镜的测微鼓轮，观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线是否始终与移动方向平行）。
（2）为了避免测微鼓轮的网程（空转）误差，整个测量过程中，轮只能向一个方向旋转。
尽量使叉丝的竖线对准暗
干涉条纹中央时才读数。
（3）应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数。
（4）测量时，隔一个暗环记录一次数据。
（5）由于计算R时只需要知道环数差m-n，因此以哪一个环作为第一环可以任选，但对任一暗环其直径必须是对
应的两切点坐标之差。
数据处理
环的级数
m
24
22
20
18
16
环的位置／mm
右
21.391
21.552
21.708
21.862
22.041
左
28.449
28.320
28.163
27.970
27.811
环的直径／mm
Dm
7.058
6.768
6.455
6.108
5.770
环的级数
n
14
12
10
8
6
环的位置／mm
右
22.237
22.435
22.662
22.881
23.162
左
27.632
27.451
27.254
26.965
26.723
环的直径／mm
Dn
5.395
5.016
4.592
4.084
3.561
20.709
20.646
20.581
20.629
20.612
20.635
875.4
0.12
0.6％
L/cm
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
50.0
60.0
70.0
I0/µA
1.96
1.85
1.06
0.85
0.64
0.61
0.58
0.55
US/V
0.64
0.63
0.65
0.66
0.62
0.64
0.65
0.63
述：
hν=（1/2）mvmax+A。
替的同心圆环——牛顿环。
透镜的曲率半径为：
R=Dm−Dn=
在鼓应
c
R
2
⎛u（y）⎞⎛u（m）⎞⎛u（n）⎞
⎜⎜y⎟⎟+⎜m−n⎟+⎜m−n⎟
2
⎝20.635⎠
2
uc（R）=R⋅
uc（R）
R
=5.25mm；U
=2×uc（R）=11mm
R=（R±U）=（875±11）mm
1.透射光牛顿环是如何形成的?
如何观察?
画出光路示意图。
答：
光由牛顿环装置下方射入，在
空气层上下两表面对入射光的依次反射，形成干涉条纹，由上向下观察。
2.在牛顿环实验中，假如平玻璃板上有微小凸起，则凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干涉条纹
发生畸变。
试问这时的牛顿环（暗）将局部内凹还是局部外凸?
为什么?
答：
将局部外凸，因为同一条纹对应的薄膜厚度相同。
3.用白光照射时能否看到牛顿环和劈尖干涉条纹?
此时的条纹有何特征?
答：
用白光照射能看到干涉条纹，特征是：
彩色的条纹，但条纹数有限。
双棱镜干涉
实验目的
（1）观察双棱镜干涉现象,测量钠光的波长。
（2）学习和巩固光路的同轴调整。
实验方法原理
双棱镜干涉实验与双缝实验、双面镜实验等一样，都为光的波动学说的建立起过决定性作用，同时也是测量光波
波长的一种简单的实验方法。
双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象，由S发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，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∆x
=
d
D
⎣，即可有⎣=
d
D
∆x其中d为两
个虚光源的距离，用共轭法来测，即d
=d1d2
；D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
；
∆x
很
小
，
由
测
微
目
镜
测
量
。
实验步骤
（1）仪器调节
①粗调
将缝的位置放好，调至坚直，根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。
②细调
根据透镜成像规律用共轭法进行调节。
使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距，这样通过移动透镜能够在
测微目镜处找到两次成像。
首先将双棱镜拿掉，此时狭缝为物，将放大像缩小像中心调至等高，然后使测微目镜能够接
收到两次成像，最后放入双棱镜，调双棱镜的左右位置，使得两虚光源成像亮度相同，则细调完成。
各元件中心基本达
到同轴。
（2）观察调节干涉条纹
调出清晰的干涉条纹。
视场不可太亮，缝不可太宽，同时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行。
取下透镜，为方便调节可
先将测微目镜移至近处，待调出清晰的干涉条纹后再将测微目镜移到满足大于透镜四倍焦距的位置。
（3）随着D的增加观察干涉条纹的变化规律。
（4）测量
①测量条纹间距∆x
②用共轭法测量两虚光源S1和S2的距离d
2
=⎛⎜0.12⎞⎟+8.9⋅10−8=0.6％
⎝⎠⎝⎠⎝⎠
③测量狭缝到测微目镜叉丝的距离D
数据处理
测∆x数据记录
mm
次数
1
2
3
4
5
6
条纹位置
起始位置a
8.095
3.554
8.030
3.550
8.184
3.593
终了位置a′
3.575
8.035
3.573
8.100
3.680
8.080
被测条纹数
10
10
10
10
10
10
|a-a′|
4.520
4.481
4.457
4.550
4.504
4.487
∆x
0.4520
0.4481
0.4457
0.4550
0.4504
0.4487
∆x=0.44998mm
测d数据记录
mm
次数
1
2
3
4
5
6
放大像间距d1
a1
7.560
5.771
7.538
5.755
7.520
5.735
a1′
5.774
7.561
5.766
7.549
5.753
7.515
|a1-a1′|
1.786
1.790
1.772
1.794
1.767
1.780
缩小像间距d2
a2
7.357
6.933
7.381
6.910
7.355
6.951
a2′
6.965
7.360
6.968
7.330
6.940
7.360
|a2-a2′|
0.410
0.428
0.413
0.420
0.415
0.409
d1=1.7915mm；d2=0.4158mm
测D数据记录
mm
狭缝位置b
1
∆x的不确定度
-29
（1）
测微目镜差丝位置b′
660
D=|b-b′|
659
uA（∆x）=0.001329mm；uB（∆x）=
∆仪
3
=0.005770mm；
22
（2）求d1与d2的不确定度
uA（d1）=0.004288mm；uA（d2）=0.002915mm；
uB（d1）=0.007mm；uB（d2）=0.005mm；uB（d）=
∆仪
3
=0.005770mm；
22
22
（3）求D的不确定度
u（D）=1mm。
（4）波长的合成相对不确定度
uc（⎣）
⎣
⎝∆x⎠⎝d⎠⎝D⎠
222
−4
2
其中⎜⎟=
⎝d⎠
（5）测量结果
4⎝d1⎠
2
4⎝d2⎠
2
⎛u（∆x）⎞
⎛u（d）⎞
⎛u（D）⎞
=⎜
⎟+⎜
⎟+⎜
⎟=4.128⋅10mm；
⎛u（d）⎞
1⎛u（d1）⎞
⎜⎟+
1⎛u（d2）⎞
⎜⎟=1.374⋅10−5mm。
1
由⎣
=
d
D
∆x求得⎣=5.87731⋅10-4mm。
2
uc（⎣）=2.427⋅10−7mm；包含因子k=2时，⎣的扩展不确定度U=2uc（⎣）结果表达式为
⎣=⎣+U=（5.877±0.005）⋅10−4mm。
1.
测量前仪器调节应达到什么要求?
怎样才能调节出清晰的干涉条纹?
2.
答：
共轴，狭逢和棱背平行与测微目镜共轴，并适当调节狭逢的
宽度。
2.本实验如何测得两虚光源的距离d?
还有其他办法吗?
1/2
3.狭缝与测微目镜的距离及与双棱镜的距离改变时，条纹的间距和
数量有何变化?
答：
狭缝和测微目镜的距离越近，条纹的间距越窄，数量不变，狭缝
和双棱镜的距离越近，条纹间距越宽，数量越小。
4.在同一图内画出相距为d虚光源的S1和S2所成的像d1和
d2的光路图。
测薄透镜的焦距
实验目的
（1）
（2）
（3）
（4）
掌握测薄透镜焦距的几种方法；
掌握简单光路的分析和调整的方法；
了解透镜成像原理，掌握透镜成像规律；
进一步学习不确定度的计算方法。
实验方法原理
（1）自准法
当光（物）点在凸透镜的焦平面上时，光点发出的光线经过透镜变成平行光束，再经过在透镜另一侧的平面镜反射后
又汇聚在原焦平面上且与发光点（物点）对称。
（2）物距像距法
测出物距（u）与相距（v）代入公式：
1/u+1/v=1/f可求f
（3）共轭法
保持物与屏的距离（L）不变,移动透镜，移动的距离为（e），其中一次成放大像另一次成缩小像,放大像1/u+1/v=1/
22
（4）凹透镜焦距的测量
利用光路可逆原理，将凸透镜所成的实像作为凹透镜的物，即可测出凹透镜成实像的物距和像距，代入公式1/u+
1/v=1/f可求出焦距f。
实验步骤
本实验为简单设计性实验，具体实验步骤由学生自行确定，必要时课建议学生按照实验原理及方法中的顺序作试
答：
d=（d1*d2）或利用波长λ已知的激光作光源，则d=（D/Δx）λ
f,缩小像1/（u+e）+1/（v-e）=1/f,由于u+v=L，所以f=（L-e）/4L。
验。
要求学生自行设计的能直接反映出测量结果的数据记录表格。
数据处理
（1）自准法，物距像距法，则凹透镜焦距三个试验将所测数据及计算结果填写在自行设计的表格中。
（2）对共轭法的测量数据及处理实例
测量数据记录表
①不确定度的计算过程:
6
uA（e）=
1
i−e）
6（6−1）
2
=0.047cm
uB（e）=
0.30cm
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