大学物理实验自组望远镜实验报告.docx

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大学物理实验自组望远镜实验报告

大学物理实验自组望远镜实验报告

篇一：

光学基础实验

　　光学基础实验报告

　　班级：

081XX学号：

081XXX

　　姓名：

XX

　　同组者姓名：

X、

　　X

　　目录

　　实验一自组望远镜----------------------------------------3实验二薄透镜焦距的测定--------------------------------5实验三透镜像差的观测----------------------------------12实验四实验五实验六

　　偏振光光学实验-----------------------------------------19测量光栅常数--------------------------------------------25双缝干涉实验--------------------------------------------26

　　实验一自组望远镜

　　一、实验目的

　　了解透镜成像规律和望远镜的基本原理及结构，并掌握其调节、使用和测量它的放大率的两种方法。

二、实验原理

　　最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。

远处的物经过物镜在其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目镜的物方焦平面重合。

而目镜起一放大镜的作用，把这个倒立的实像再放大成一个正立的像，如图一所示。

三、实验仪器

　　光学平台、带调节架的底座、透镜（焦距不等）、激光光源、白屏、微尺、毫米尺、带底座的米尺等。

四、原理光路图

　　图一

　　五、实验步骤

　　1、把全部器件按图一的顺序摆放在平台上，通过激光光源和透镜成像规律

　　将所有元件调至共轴。

　　2、选取一个焦距大的为物镜（本实验f=200mm），一个焦距小的为目镜

　　（f’=75mm），按光路图组装好，并调焦，看到清晰成像。

　　3、将千分尺调节成d1=5mm，放在S1=1000mm处作为要观察的成像物体。

4、一只眼通过目镜观察千分尺成像，另一只眼直接观察千分尺，比较读出

　　像的长度d2。

　　5、求出望远镜测量放大率M=d2/d1，并与理论值比较。

6、对结果进行误差分析。

六、实验数据处理与分析

　　实验测量的d2=19mm，由望远镜测量放大率：

　　M=d2/d1=3.8

　　与理论值比较M?

　　tg?

tg?

　　'

　　?

　　S2（S1?

S2?

S3）

　　S1S3

　　=3.4

　　相对误差

　　可见误差还是比较大的，分析其中原因可能主要有：

1、望远镜焦距f、f’与实际的S2、S3存在差距；2、由于读d2时主要由人眼辨别读出可能存在较大误差。

　　七、思考题

　　1、根据透镜成像规律，怎样用最简单的方法区别凸透镜和凹透镜？

　　答：

凸透镜成像，物距由近及远依次为正立放大的虚像、不成像、倒立放大的实像、倒立等大的实像、倒立缩小的实像；而凹透镜只能成正立缩小的虚像。

另外凸透镜对光线有聚集的作用，把它放在阳光或是灯光下调整会出现一个明亮光斑；凹透镜对光线有发散的作用，把它放在阳光或是灯光下调整不能得到一个明亮光斑。

　　实验二薄透镜焦距的测定

　　一、实验目的

　　1.学会测量透镜焦距的几种方法。

　　2.掌握简单光路的分析和光学元件等高共轴调节的方法。

3.进一步熟悉数据记录和处理方法。

4.熟悉光学实验的操作规则。

二、实验原理

　　2.1凸透镜焦距的测定1.粗略估测法：

　　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，

　　即该点（或像）可认为是焦点，而光点到透镜中心（光心）的距离，

　　即为凸

　　透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。

由于这种方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。

　　图1薄透镜成像

　　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：

（1）

　　当将薄透镜置于空气中时，则焦距

（2）

（2）式中,f’为像方焦距；f为物方焦距;s’为像距；s为物距。

　　式中的各线距均从透镜中心（光心）量起，与光线进行方向一致为正，反之为负，如图1所示。

若在实验中分别测出物距和像距，即可用式

（2）求出该透镜的焦距。

但应注意:

测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其物理意义。

　　3.自准直法：

篇二：

大物实验7.1自组显微镜和望远镜

　　实验7.1自组显微镜和望远镜

　　一．目的

　　1.测量实验室提供透镜的焦距，选出适合组成显微镜和望远镜的透镜组

　　2.设计出自组显微镜的光学系统，画出光路图。

说明其结构和简单原理。

并用选择的透镜

　　组成显微镜

　　3.设计出自组望远镜的光学系统，画出光路图。

说明其结构和简单原理。

并用选择的透镜

　　组成望远镜

　　4.测量自组显微镜的视觉放大率，画出其测量光路。

　　5.估测出自组望远镜的视觉放大率。

　　二．仪器

　　GsZ-Ⅱ光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源、薄透镜、分束镜（1：

1）、可调支架、分划板（0.1mm、0.2mm和1mm）、白色像屏等。

　　三．原理

　　1．测量薄透镜焦距的方法

　　自准法：

自准法是自准直技术的简称。

无限远的物

　　经透镜成象，象处在透镜的焦平面上。

自准直技术在光

　　学实验中通常是指产生平行光束或获得处于无限远的物的方法。

自准法测量透镜焦距就是首先利用待测透镜自身产生一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成象，通过测量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。

自准

　　直法测量透镜焦距的原理如图1所示。

当物y位于透镜

　　的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系

　　统后，如果在焦平面上成一与物等大的倒立实象，物到

　　透镜中心的距离就是透镜的焦距。

　　最简单的显微镜和望远镜都由两个正焦透镜组成（物镜，目镜）像于目镜物方焦点以内，并且靠近物方焦点或位于物方焦点处；目镜起放大镜作用。

　　2．自组显微镜的光学系统的结构及简单原理

　　显微镜是一种助视光学仪器。

显微镜是用来观察和测量有限远微小目标的工具。

选择两块合适的透镜作显微镜的物镜和目镜，调整使光学系统共轴（等高共轴）。

固定两透镜之间的距离L为18cm。

　　被观察的物y1

　　处在物镜前面一倍焦距和二倍焦距之间，它经物镜在目镜的焦平面上成

　　一放大的倒立实象y2，通过目镜后成一倒立的虚象y3于无限远处。

显微镜的视角放大率为：

Γ=－?

·250f0·fe

　　由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴放大率和目镜的视角放大率的乘积

　　3．自组望远镜的光学系统的结构及简单原理

　　望远镜用于观察远处大物体的细节。

望远镜的物镜焦距比较长，它的作用是使远处的物体y1在像方一边成一个实像y2，然后再通过物镜将此实像放大，使之成像在明视距到无限远处的任意位置上。

　　在许多情况下，用望远镜所观察的物体并非处于无线远，这时通过改变物镜和目镜之间的距离进行调焦，使物体通过物镜所成的实像位于目镜的物方焦平面以内，再经目镜在明视距离外成一虚像。

其光路如图4所示。

望远镜在观察有限远物体时的视角放大率为

　　tgω'S（S+S+S）Γ=tgωS1S3

　　4．测量自组显微镜视觉放大率的原理

　　测量显微镜放大率可用目测的方法。

用0.1mm分划板A1作为物，另外在目镜后面放置一块与光轴成45°的半透半反分束镜，在与光轴垂直方向相距25cm（明视距离）处放置另一分划板A2，通过调节作为物的分划板位置使人眼同时看清两块分划板，且两者无视差，读出未经显微镜放大的分划板上的刻线格数N2，以及N2格所对应于被显微镜放大的分划板上的格数N1，则显微镜的测量放大率

　　M=NN1

　　5．估测自组望远镜视觉放大率的原理

　　估测自组望远镜视觉放大率，在望远镜光路上，以一分划板作为物，用一只眼睛通过目镜和物镜看清分划板上的刻线N1格，再用另一只眼睛直接观察分划板上的刻线，读出对应通过望远镜读得N1格上的格数N2，则望远镜估测放大率

　　M=NN1

篇三：

大学物理设计性实验《光强对普朗克常数测定影响的研究》

　　光强对普朗克常数测定影响的研究

　　实验者姓名：

班级：

（本文来自：

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大学物理实验自组望远镜实验报告）学号：

联系方式：

　　指导老师：

　　摘要：

本报告对光电效应法测普朗克常数的实验原理、步骤、仪器及一些注意事项进行了简要介绍。

分别运用了图示法和线性回归法处理数据算得普朗克常量，对比得出了更加准确的处理方法，并运用office软件对数据进行了处理，有效地控制了直线拟合的人为误差。

对实验的误差来源进行了探究，并对实验结果进行了分析,最后得出结论：

光强对普朗克常数测定没有影响。

　　关键词：

爱因斯坦光电效应方程，光强，光电流，截止电压，普朗克常数。

　　同组者姓名：

班级：

学号：

联系方式：

　　【引言】

　　光电效应现象是1887年H.赫兹最早发现的，详细的研究一直到1914年，研究中发现光电效应的基本规律无法用经典电磁理论做出完满的解释。

直到1905年，爱因斯坦应用了普朗克的“量子论”，提出了“光量子”概念，才圆满地解释了光电效应现象，并给出了光电效应方程。

密立根用了10年的时间对光电效应进行定量的实验研究，证实了爱因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出了普朗克常数。

爱因斯坦和密立根均因光电效应等方面的杰出贡献，分别于1921年和1923年获得诺贝尔物理奖。

　　利用光电效应现象已制成光电管，光电倍增管等光电器件，在科学技术中得到了广泛应用。

【实验目的】

　　1.掌握验证爱因斯坦光电效应方程及测定普朗克常数h的方法。

　　2.进一步学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用以测定普朗克常数。

3.研究改变光强对普朗克常数测定是否有影响。

【实验原理】

　　1、光电效应与爱因斯坦方程

　　用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的电子叫光电子。

为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光量子”的概念，认为对于频率为

　　的光波，每个光子的能量为

　　式中，为普朗克常数，它的公认值是

　　=6.626

　　。

　　按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该光电子逸出金属表面后的动能。

爱因斯坦提出了著名的光电方程：

（1）

　　为被光线

　　由

（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有光电子都不能到达阳极，光电流才为零。

这个相对于阴极为负

　　显然，有

（2）

　　代入

（1）式，即有

　　（3）

　　由上式可知，

　　则不能产生光电子。

　　量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。

又因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以

　　，将（3）式改写为

　　（4）

　　2

　　（5）

　　式（5

　　是电子的电量。

　　U0-v直线

　　2、光电效应的伏安特性曲线

　　下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。

频率为、强度为

　　的光线照射到光电管阴极

　　上，即有光电子从阴极逸出。

如在阴极K和阳极A

　　它使K、A之间建立起的电

　　场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，

　　到达阳极的光电子将逐渐增多。

　　当正向电压

　　即称为饱和光电流。

　　光电效应原理图

　　由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压时，光电流为零。

　　爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小的理想状态下导出的。

实际上做阴极的金属逸出功比作阳极的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：

（1）暗电流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压（补偿法）。

（2）阳极电流。

制作光电管阴极时，阳极上也会被溅射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。

由于它们的存在，使得I～U曲线较理论曲线下移，如下图所示。

　　伏安特性曲线

　　【实验方案设计】

　　一．仪器用具

　　GD-3型光电效应实验仪，光源为低压汞灯（可用谱线为365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm），GD-27型光电管，ZD-2型介质膜干涉滤光片组（中心波长为365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm）。

　　二．试验方法步骤1.调整仪器

（1）连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不少于20分钟）。

（2）在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转“调零”旋钮调零。

每换一次量程，必须重新调零。

　　（3）取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯距离。

2.测量光电管的伏安特性曲线

（1）调节“电压调节”旋钮，从-3.00V开始，缓慢增加，先粗测一遍，观察不同滤光片下的电流变化情况，记下电流明显变化的电流值，以使下次进行精确测量。

（2）在粗测的基础上，进行精确测量，从短波长起小心地换上滤光片，仔细读出不同频率射光照射下的光电流，记录在表格内。

在电流开始变化的地方多读几个数据并记录。

3.绘制伏安特性曲线

　　做出不同滤光片的伏安特性曲线，找出不同频率下的截至电压。

4.绘制频率-截止电压曲线

　　做出频率-截止电压图线，求出斜率，再根据公式，求出普朗克常数。

5.改变L（改变光强）重做实验

　　改变光源与暗盒间的距离L（也就是改变光强），重做上述实验。

　　【实验数据】

　　数据处理方法：

（1）利用坐标纸：

　　根据实验数据在坐标纸上画出每个频率下的伏安特性曲线，并找出相应的截止电压、作出截止电压——频率图，找出斜率K，再根据公式h=ek求出普朗克常数。

（2）利用电脑：

　　将实验数据输入在Excel表格中，点击“图表向导”作出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用截止电压——频率数据作出截止电压——频率图，鼠标指向图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在显示图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=eK求出普朗克常数。

　　（3）不确定度的处理方法

　　在Excel中选：

4个空格→fx→统计→Linest（双击）→分别在表格最上的1、2两行中，填入原始数据（截止电压、频率）；在3、4两行中，分别填入true、true→（Ctrl+Shift+Enter）,则第一列第一行为斜率拟合值，第一列第二行为斜率拟合不确定度.

　　1.第一组实验

　　不同频率下的伏安特性曲线

　　-2-3

　　距离：

L=16.00×10m；光阑孔直径Φ=5.00×10m；

　　-5

　　S