物理光学实验
物理光学实验
华中科技大学光电子科学与工程学院
2011.9
前言
本实验教材是根据光电子科学与工程学院物理光学教学大纲中规定的实验要求选编的。
本实验教材共选入8个实验。内容涉及光的干涉、衍射、偏振等方面。
本实验教材所列实验项目均选自本院物理光学实验室参编及长期使用的《物理光学实验》，适用于光电子信息类专业学生使用，亦可作为非光电类专业学生的选修教材。
光学实验室的一般规则
光学实验要求测量精度高，所用仪器和装置比较精密，对测量条件、周围环境以及对实验者的实验技能都有较高的要求。因此，在做实验之前，除必须认真阅读实验教材及有关资料，了解清楚实验的目的、原理、方法、步骤和要求外，进入实验室后还必须自觉遵守实验室的规则和对某些实验的特殊要求。现将实验室的一般规则叙述如下：
1.光学仪器多是精密贵重仪器。取放仪器时，思想要集中，动作要轻、慢。在没有了解清楚仪器的使用方法之前，切勿乱拧螺丝，碰动仪器或随意接通电源。
2.大部分光学元件用玻璃制成，光学面经过精细抛光，一般都具有Ra0.010的粗糙度。使用时要轻拿轻放，勿使元件相互碰撞，挤压，更要避免摔坏；暂时不用的元件，要放回原处，不要随意乱放，以免无意中将其扫落地面导致损坏。
3.人的手指带有汗渍脂类分泌物，用手触摸光学面会污染该光学面，影响其透光性和其它光学性质。因此，任何时候都不能用手去触摸光学表面，只能拿元件的磨砂面。正确的姿势如图所示。
4.不要对着光学元件和光学系统讲话，打喷嚏和咳嗽，以免涎液溅落镜面造成污痕。
5.光学面若落有灰尘，应先用干净、柔软的脱脂毛刷轻轻掸除，或用“橡皮球”吹除。严禁用嘴去吹。一般不能随意擦拭光学表面。必要时可用脱脂棉球蘸上酒精乙醚混合液轻轻擦拭，切忌用布直接擦拭。
6.光学面上若沾有油污等斑渍时，不要立即动手擦拭。因为很多光学表面镀有特殊的光学薄膜，在擦拭之前，一定要了解清楚情况，然后再在教师或实验工作人员指导下，采取相应的措施，精心处理。
7.光学仪器中有很多经过精密加工的部件。如光谱仪和单色仪的狭缝、迈克耳逊干涉仪的蜗轮蜗杆、分光计的读数度盘等，都要小心使用，按规则操作，切忌拆御仪器，乱拧旋钮。
8.要讲究清洁卫生，文明礼貌，不得大声喧哗，打闹。
9.实验完毕，要向指导教师报告实验结果和仪器的使用情况。整理好仪器，填写仪器使用卡，经允许后方可离开实验室。
实验程序框图
?自己动手为主：一定要亲自做实验，对实验现象进行分析，
培养独立自主的能力，会有成就感。
?老师指导为辅：问题不包办，只做点拨提示，保证实验正常
进行。
目录
前言
光学实验室的一般规则
实验程序框
实验一菲涅耳双棱镜干涉及应用 (1)
实验二迈克耳逊干涉仪 (6)
实验三用法布里－－珀罗（F－P）干涉仪测量钠双线的波长差 (13)
实验四双光源衍射法测量光谱仪狭缝宽度 (19)
实验五衍射光栅分光特性测量 (24)
实验六偏振光的获得与检测 (30)
实验七电光调制实验 (37)
实验八声光调制实验 (47)
实验一 菲涅耳双棱镜干涉及应用
[实验目的]
1． 观察和研究双棱镜产生的干涉现象； 2． 测量干涉滤光片的透射波长λ0。
[仪器和装置]
白炽灯，干涉滤光片，可调狭缝，柱面镜， 菲涅耳双棱镜，双胶合成象物镜，测微目镜。
[实验原理]
菲涅耳双棱镜装置如图1－1a 所示，它由两个相同的棱镜组成，两个棱镜的折射角α很小，一般约为03'。从点（或缝）光源S 来的一束光，经双棱镜折射后分为两束。从图中可以看出，这两折射光波如同从棱镜形成的两个虚象S 1和S 2发出的一样，S 1和S 2构成两相干光源，在两光波的迭加区产生干涉。
a b
图 1—1 双棱镜干涉原理图
从图1－1b 看出，若棱镜的折射率为n ，则两虚象S 1、S 2之间的距离
a n l d )1(2-= （1—1） 干涉条纹的间距
λa
n l l l e )1(2'
-+=
（1—2）
当取n=1.50时，则有
λla
l l e '
+=
（1—3）
可解出
e l l la
'
+=
λ （1—4） 若在迭加区内放置观察屏E ，就可接收到平行于脊棱的等距直线条纹。当用白光照明时，可接收到彩色条纹。
利用图1—2可导出干涉孔径角
'
'l l a
l +=
β （1—5） 光源临界宽度
λα
βλ'1l l
b +
==
（1—6）
从式（1—5）、式（1—6）看出，当l '=0时，β=0，光源的临界宽度b 变为
无穷大。此时，干涉条纹定域在双棱镜的脊棱附近。b 为有限值时，条纹定域在
λ
αλ-≤
b l
l ' （1—7）
的区域内。
图1—2 双棱镜干涉的几何关系图
[内容和步骤]
1．调节光路，观察和研究双棱镜干涉现象 (1)按图1—3所示，将光学元件与装置安放在光具座上。调节光学系统，使其满足同轴等高的要求。
(2)取l ≈200mm, l '≈1200mm, 按λ=550nm, a=03'，n=1.50计算出b 的数值。置狭缝宽度b t =b/4, 调节棱镜的脊棱与狭缝方向平行，直到使得测微目镜视场里出现清晰的干涉条纹为止。增大或减小狭缝宽度b, 观察干涉
条纹对比度的变化，并给予解释。
图1—3 双棱镜干涉实验装置图
1-白炽灯 2-滤光片 3-柱面镜 4-狭缝 5-双棱镜 6-成象物镜 7-测微目镜
*(3)在狭缝光源前依次安放具有不同波长带宽的滤光片，观察干涉条纹对比度的变化，并解释之。
2．测量干涉滤光片中心透射长λ0。
由式（1—3）看出，为了测量λ0，需要在一定的精度范围测定d 、l 、l '与e 值
(1) 测定d 值
图1—4 二次 （共轭） 成象法测量d 值
如图1—4所示，通常S 1、S 2和S 并不在与图面垂直的同一平面内，而D 和A 又应从S 1S 2处测量才算准确，故测量d 时，采用二次（共轭）成象法，即成象物镜6在第一个位置时，若从测微目镜中测得S 1，S 2的两个实象s '1，s '2之间的距离d 1，据物象关系，则有
B A
d d =1 （1－8） 物镜6在第二个（共轭）位置成象时，则有
A
B
d d =2 （1－9） 由上两式可解出
21d d d = （1—10） 实验中，对d 值的测量不应少于三次，然后取其平均值d 。
(2) D 的计算
设物镜6从第一个位置移置至第二个（共轭）位置的位移量是C, 则C=B －A ，而D =l +l ’=A +B ，再与和式（1—9），式（1—10）联立，消去A 、B ，可得到：
2
121d d d d C
D -+= （1—11）
由各次测量C 、d 1、d 2值，计算相应的D ，然后取其平均值D 。 （3）测量条纹间距e
用测微目镜测出10条以上明（或暗）条纹的宽度，计算出干涉条纹间距e 。多次重复测量，取其平均值e 。
（4）将e D d 、、各值代入式（1—4）计算干涉滤光片中心透射波长λ。 （5）计算λ0的相对误差与标准误差，分析误差产生原因。 [思考题]
1．如果给你多块双棱镜，你能否从其外形以及棱镜所产生的干涉条纹来比较它们质量的优劣？
2．如果狭缝方向与脊棱稍不平行，就看不见干涉条纹，为什么？
附录 关于标准误差
根据误差理论，剩余误差定义为：
l l i i -=υ (1—1ˊ)
式中，l i 是对量l 的第i 次测量值。l 是对量l 进行n 次测量的算术平均值，
即
n
l l l l n
+++=
21
（1—2ˊ）
由贝塞耳公式可知，单次测量的标准误差表示为
1
]
[2-=n υσ （1—3ˊ）
式中][2
υ是剩余误差的平方和，即
∑-=
i
n i
1
22
][υ
υ （1—4ˊ）
实验二迈克耳逊干涉仪
[实验目的]
1．熟悉迈克耳逊干涉仪的结构，学会调节和使用迈克耳逊干涉仪的方法；
2．观察和研究非定域干涉、定域干涉现象；
3．观察和测量不同光源的相干长度；
4．测定He-Ne激光波长。
[仪器和装置]
迈克耳逊干涉仪，He—Ne激光器，白炽灯，钠光灯。
迈克耳逊（以下简称迈氏）干涉仪，最初是为研究地球和“以太”的相对运动由迈克耳逊设计的，后来在光谱学和标准米原器校正中加以使用，是历史上最著名的干涉仪。它的结构简单，精度高，是许多现代干涉仪的原型。图2—1是迈氏干涉仪的光路图，图2—2是国产WSM—100形迈氏干涉仪的外形。如图所示，仪器的干涉系统与观察测量系统都安装在稳定的底座9上。
图2—1 迈克耳逊干涉仪光路原理图图2—2 WSM—100形迈氏干涉仪外形图
干涉系统由分光板G1，补偿G2，平面反射镜M１和M２组成。G1、G2是两块材料相同、形状一样的平行平面玻璃板。在G1的后表面上镀有银或铝的半透半反射膜A。从图2—1可以看出，不加G2时，光束I经过G1三
次，而光束Ⅱ只经过一次。这种不对称性，对单色光干涉并不重要，但在白光干涉时，由于G 1的色散会对不同波长的光波产生附加光程差，加入G 2可以补偿这种附加光程差，以便得到清晰的白光干涉条纹。3、4 为平面反射镜M 2的微调旋钮，在M 1、M 2后还有三只可调螺旋8，用以调节M 1、M 2间的相对倾角。安装时，要求G 1平行于G 2。M 1、M 2与G 1、G 2约成45°夹角。在图2—1中，M '2是M 2在半反射面A 中的虚象，位于M 1附近。干涉条纹可认为是M 1、M '2的反射光在干涉场中迭加相干的结果。
观察测量系统由导轨7，粗调手轮1，微调手轮2，读数窗5，观察屏6组成。M 1由精密丝杆带动可在导轨7上平移，旋转手轮1或2，可改变M 1和M '2之间的距离d 。在本仪器中，M 1镜的移动范围约为100mm ，读数精度为10-4mm ，可估读到10-5mm 。M 1的位置由三部分读数之和决定，这些读数是导轨左侧的毫米标尺读数（mm ）、读数窗5显示的读数（10—
2mm ）
与微调手轮2的读数（10—
4mm ）。在一次测量中，手轮5和2应单向旋转，
以避免逆转空回引起测量误差。
[实验原理]
根据干涉理论，迈氏干涉属于分振幅双光束干涉类型。图2-1中，考察点P 处的光程差
θcos 2d =? （2—1） 式中，d 为M 1、M '2之间的距离；θ为S 在M 1上的入射角。
迈氏干涉仪产生条纹的特性与光源特性、照明方式和M 1与M '2之间的相对位置有关。现将具体情况分析如下：
1. 等倾干涉（定域干涉）
当M 1平行于M '2并用准单色扩展光源照明时，产生等倾干涉。这时干涉条纹定域在无穷远处或透镜L 的焦平面上。用聚焦于无穷远处的望远镜或眼睛可以直接观察。
图2-3说明了产生等倾圆环干涉条纹的过程。对于中央圆纹，由于θ
m
＝０，光程差 △＝２d=m o λ 最大，干涉级次m o 最高，而后向外，依次降低。若入射光波长λ和m θ固定不变，中央圆纹的干涉级次m 将随空气平板厚度d 而变化。当移动Ｍ１使d 增大或减小 λ／２时，中心处就向外“产生”或向内“消失”一个圆环。在中央圆纹附近，可认为 sin θm ≈θm ，因此相邻两条纹的角间距可表示为
m
m d θλθ1
2?
-=? （2－2） 式中，△θm =θm －θ
m+1，负号表示内环干涉级次（m+1）高于相邻的
外环干涉级次m ；2/)(1m m m θθθ+=+是平均角距离。式（2－2）表明，当d 一定时，相邻两条纹的角间距 △θm 正比于光波长λ反比于入射角θm 。 因此，在Ｌ的焦面平面上内环宽而疏，外环细而密，呈非均匀状态分布。
2．等厚干涉（定域干涉）
若Ｍ１稍不垂直于Ｍ２，则Ｍ１与'
2M 就构成一个夹角很小的空气楔，如图2－4a 所示。用单色平面波照明时，式（2—1）中的θcos 为定值，干涉条纹是d 等于常数的点的轨迹，称为等厚干涉条纹。它们是一组平行于楔棱的等距直线。定域在楔表面上或楔表面附近。将眼睛或成象物镜调焦于楔表面附近，就可直接观察到这种等厚干涉条纹。
若用扩展光源照明，在交棱附近，即观察面积很小时，可认为cos θ的影响很小，因此在交棱附近可观察到一组近似的等厚直线纹，如图2—4b 所示。远离楔棱处，即观察面积较大，则d 和cos θ都对干涉条纹的形状产生影响。由式（2—1）看出，在△为常数时，若d 增大，则0也相应增大，因此得到一组凸向楔棱的曲线条纹，称为混合条纹。采用白光时，在M 1和
M '2的交棱附近，可观察到几级彩色条纹。在d=0处，形成中央零级白（或
黑）色条纹。
图2—3等倾干涉光路原理图 图2—4 等厚干涉条纹与混合条纹 M 1、M 2—平面反射镜 G —分光板 S —扩展光源 L —成象物镜 F —观察屏
3．单色非定域干涉
用单色点光源照明干涉仪时，将观察屏放入波场迭加区的任何位置处，都可观察到干涉条纹，这种条纹称为非定域干涉条纹。
图2—5所示为利用迈氏干涉仪产生非定域干涉条纹的原理。S '是照明单色点光源S 在G 1中的镜象，如果M '2平行于M 1（图２—5a ），S '1、S '2分别是S '在M 1、M '2中的象，则S '、S '1和S '2三者共直线，且此直线垂直于M 1和M '2。观察屏６位于垂直于直线的任何位置时，都可接收到与等倾干涉类似的圆环形干涉条纹，如图2—5a 所示。若M '2不平行于M 1（图2—5b ），则S '2发生位移，当改变M 1、M '2之间的距离时，在观察屏6上，可依次观察到各种形状的曲线条纹以至直线条纹，如图2—5b 所示。
与等倾圆纹一样，若M '2平行于M 1，当间距d 每改变λ/2时，屏幕中心就“产生”或“消失”一个圆纹。连续改变d ，若中心处“产生”或“消失”N 个圆纹，则M 1镜的位移量△d 为
2
λ
?
=?N d （2—3）
测出△d 及N ，就可计算出照明光源的光波长λ。本实验中的单色点光源，是用凸透镜会聚He-Ne 激光光束得到的。
图2—5 非定域干涉条纹的形成
4．相干长度L的测量
任何实际光源发出的光波，其波列长度都不是无限长的严格单色光，总是具有一定的光谱宽度△λ。△λ越小，波列长度越长；△λ越大，波列长度越短。在迈氏干涉仪中，经M1和M2反射的两光束迭加时，若它们的光程差大于波列长度，则因它们不是由同一波列分割成的两束光，故不能产生干涉，只有当光程差小于波列长度时，由同一波列分割成的两束光才能叠加相干。能够产生干涉的最大光程差，称为相干长度L，它就是波列长度。相干长度L与光谱宽度的关系为
L=λ2/△λ (2—4) 光波通过相干长度所需的时间称为相干时间，即
τ=L/c (2—5) 式中，c为光速。
利用相干长度和相干时间，可以描述光源非单色性对干涉现象的影响。在本实验中，通过改变M1、M 2之间的距离d，观察条纹对比度的变化，直至对比度变为零，就可测出光源的相干长度L。
[内容和步骤]
1. 调节能M1垂直于M2即调节M1平行于M2`。
如图2—6所示放置仪器，在扩束镜后面放置一张白纸或毛玻璃屏，用眼睛观察，调节激光器的方位，使激光束覆盖G1镜。眼睛从分光镜向反射镜M1方向观察，可看到到两组横向分布的小激光斑点，细心调节8和3、4，使两组小激光斑点一一对应重合，此时M1与M2就大致垂直了。
2. 非意域干涉条纹的调节和观察
如图2—6所示，并参考图2—2在激光器前放一短焦距扩束物镜，使激光束先会聚成一点光源后再射向G1，位于E处毛玻璃屏６可接收到干涉条纹，仔细调节8和3、使干涉圆环圆心位于现场中央。
图2－6调节Ｍ１垂直于Ｍ２
(1) 移动毛玻璃屏6，观察是否在每一位置都能接收到干涉条纹？为什么?
(2) 改变手轮2的旋向，观察和总结圆环的“产生”或“消失”以及它们的疏密随d值变化的规律性。
3. 测量Ｈe-Ne激光光波波长
单向旋转手轮2，将非定域干涉圆纹中心调至成暗斑或亮斑。记下此时M1镜的位置d1; 转动手轮2移动M1镜，数出从中心“产生”或向中心“消失”100~200个干涉圆环，记下这时M1的位置d2，两次读数之差即为M1的移动量d，利用式（2-3）计算Ｈe-Ne激光光波波长。
4. 等倾条纹的调节和观察
在扩束物镜后面放一块毛玻璃，将球面波散射成为扩展面光源，在E 处用眼睛或聚焦于无穷远处望远镜可看到一组以眼球或望远镜的轴为中心的同心圆条纹，仔细调节3和4，上下左右平移眼睛时，若各环的大小不变，仅仅是圆心随眼睛而移动。这时看到的圆纹就是等倾干涉条纹。
移动M1，观察、归纳并解释条纹随d而变化的规律。
用观察屏6代替眼睛或望远镜，观察在该屏上是否能接收到干涉条纹。若将散射屏逐渐靠近扩束物镜，再观察在屏6上是否出现干涉条纹，解释观察到的现象。
5.等厚干涉条纹的调节和观察
在第四步的基础上（还是在扩束镜后使用毛玻璃片），移动M1镜使圆纹变粗。当视场中只剩下极少数圆纹时，微调3和4，使M'2和M1间构成一个很小的夹角。用眼睛对M1镜面附近调焦，可看到近似于等厚干涉的直线条纹。改变M'2，M1间的夹角大小和M1镜的位置，就可观察到条纹间距及条纹曲率半径的变化，总结其规律性。
6．白光干涉条纹的调节和观察
测量白光光源的相干长度和透明介质薄片的折射率。
（1）在第五步的基础上（扩束镜后使用毛玻璃片观察等厚干涉条纹），调出曲率半径较大的曲线纹。旋转手轮2，使条纹向圆心方向收缩，至条纹逐渐变直但还能判断曲率半径的方向没有发生变化时，换上扩展白光光源，继续缓慢地沿原方向旋转手轮2，直到在视场中观察到彩色的直线条纹为止。彩色条纹的中央白（或黑）色条纹就是M1和M'2的交线。旋转手轮2，使零级条纹位于视场中央，记下M1镜所在的位置，缓慢旋进手轮2至视场中彩色条纹刚刚消失为止。记录此时M1镜的位置，重复操作三次。设白光平均波长λ=550nm，由L=2d，利用式（2—4）及（2—5）计算白光光源的
相干长度、谱线宽度和相干时间。
（2）判断出使M1镜移向观察者时手轮2的旋转方向，沿此方向调出白光干涉条纹，并使零级条纹位于视场中央，记下M1镜的位置。在M1镜前插入厚为l折射率为n的显微镜盖玻璃片。由于光束I增加了光程差?m
l，白光干涉条纹移出视场。继续沿原方向转动手轮2，若补偿=
)1
(
2-
的光程差)1
(
?n
l，则白光干涉条纹将重新出现。记下此时M1镜的?
=
=
2
'-
位置，测出薄片的厚度l，就可算出折射率n。
若在M1镜前加一块厚度与G1板相等的平行平板，能否重新调出白光干涉条纹？为什么？
7．测量钠黄光的相干长度
（1）He—Ne激光器发射的激光波长λ=632.8nm，△λ=10-4~10-8nm。用我们的迈氏干涉仪能否测出其相干长度？为什么？你观察的结果如何？
（2）钠黄光的平均波长为589.3nm。以钠光灯光作源，用等倾干涉圆环测出相干长度。
调出纳黄光的等倾干涉条纹，移动M1镜可观察到条纹对比度的周期性变化，单方向旋转手轮2，测出使圆条纹由最清晰（或最模糊）变为最模糊（最清晰）的M1镜的位置改变量d值，由L=2d，利用（2—4）和（2—5）计算钠黄光的相干长度L，光谱宽度△λ和相干时间τ值。重复操作三次，取其平均值，并与白光干涉的结果比较。
[思考题]
1.观察等厚干涉条纹时，能否用点光源照明？为什么？
2.移动M1镜时，如何判断等效空气层的厚度是在增大（或减小）？
如何判断空气楔楔角方向？
3.本次实验引起测量误差的原因有那些？如何提高测量精度？
[注意事项]
1．迈克耳逊干涉仪的光学元件全部暴露在外，使用时不得对着仪器说话、严禁用手触摸光学元件。
2．调节与测量时用力要适当，特别要注意调节M1、M2背面的螺钉时，用力不能过度，否则轻者使镜面变形，影响测量精度；重者将损伤
仪器。
3．移动M1时，不能超过丝杆行程。要注意蜗轮副的离合，以免损伤齿轮。
实验三 用法布里－珀罗(F －P)干涉仪
测量钠双线的波长差
[实验目的]
1．了解F —P 干涉仪的结构，掌握调节与使用F —P 干涉仪的方法； 2．用F —P 干涉测定纳双线的波长差。
[仪器和装置]
F —P 干涉仪，钠光灯， 测量望远镜等
法布里—珀罗（F —P ）干涉仪是由两块间距为h ，相互平行的平面玻璃G 1和G 2组成，如图3—1所示。为了获得明亮细锐的干涉条纹，在两板相对的内表上镀有高反射铝膜或多层介质膜，两反射面的平面度要达到100
1
~
201波长，同时，还应严格保持平行。为了避免G 1、G 2外表面反射光的干扰，通常将此两板做成有一小楔角。使用时，常将G 2固定，G 1可连续地在精密导轨上移动，以调节两板间的间距h ，这种装置称为F —P 干涉仪。如果将两板用热膨胀系数很小的材料做成的间隔圈固定起来，则称为F —P 标准具。
图3—1 F —P 干涉仪光路原理图
F —P 干涉仪属于分振幅多光束干涉装置。可用有一定光谱宽度的扩展光源照明，在透镜L 的焦平面上将形成一系列很窄的等倾亮条纹。与迈克耳逊干涉仪产生的双光束等倾干涉条纹比较，F —P 干涉仪的等倾圆纹要细锐得多，如图3—2所示。一般情况下，测量迈氏仪产生的圆条纹时读数精
度为
10
1
条纹间距左右，对F —P 干涉仪产生的圆条纹，其读数精度可高达条纹间距的
1000
1
~
1001。因此，F —P 干涉仪常用于高精度计量技术与光谱精细结构分析。
F —P 干涉仪的外形如图3—3所示。其基座和观察测量系统是可以和迈克耳逊干涉仪通用的。将迈克耳逊干涉仪的双光束干涉系统换装上F —P 多光束干涉系统，就构成F —P 干涉仪。事实上，仪器的许多产生厂家都是将这两种干涉系统同时配套供应的。
图3—2 两种干涉仪产生的条纹的比较
a)F —P 干涉仪产生的多光束干涉条纹 b)迈氏干涉仪产生的双光束等倾干涉条纹
图3—3 F —P 干涉仪外形
G 1—可移动平面镜 G 2—固定平面镜 1—测量系统粗调手轮班 2—测量系统微
调手轮 3—G 1 G 2倾角调节螺旋 4—G 2的微调旋钮
[实验原理]
在等倾干涉中，设干涉圆纹的中心级次为m o ，由于m o 不一定是整数，故可写成
m o =m 1+ε
式中，m １是最靠近中心的亮条纹的整数干涉级次，而ε是小于1的分数。从中心向外计算，第N 个亮条纹的干涉级次显然是[m 1－(N －1)]，因而该条纹的角半径N 1θ为
]1['11ελ
θ+-=
N h
n n N 与之对应的圆纹直径为
]1['
21ελ
+-=
N h
n n f D N （3—1） 式中，f 为图3—1中的透镜L 的焦距，n′ 是F —P 干涉仪周围介质的折射率，n 是G 1、G 2两板间介质的折射率，h 是G 1、G 2间的间距，λ是照明光波长。从干涉场中，测出第i ，j 两条圆纹的直径D i 、D j ，由式（3—1）就可计算出与之对应的h 值。
如果投射到F —P 干涉仪上的光波中含有两个光谱成分λ1、λ2，其平均波长为λ，则在L 的焦平面上，可以得到分别用实线（λ2）和虚线（λ1）表示的两组同心圆条纹（λ2 >λ1）。如图3—4所示。两波长同级条纹的角半径稍有差别。
对于靠近条纹中心的某点（θ≈0），两波长干涉条纹的级次差
2
112212
1)(222λλλλπφλπφλ-=
????
??+-???? ??+=-=?h h h m m m 另外，由图3—4可知
e
e m ?=
?
图3—4 波长λ1和λ2的两组等倾圆纹
大学物理 光学答案
第十七章 光的干涉 一. 选择题 1．在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明介质中从A 沿某一路径传播到B ，若A ，B 两点的相位差为3π，则路径AB 的长度为：（ D ） A. 1.5λ B. 1.5n λ C. 3λ D. 1.5λ/n 解： πλπ ?32==?nd 所以 n d /5.1λ= 本题答案为D 。 2．在杨氏双缝实验中，若两缝之间的距离稍为加大，其他条件不变，则干涉条纹将 （ A ） A. 变密 B. 变稀 C. 不变 D. 消失 解：条纹间距d D x /λ=?，所以d 增大，x ?变小。干涉条纹将变密。 本题答案为A 。 3．在空气中做双缝干涉实验，屏幕E 上的P 处是明条纹。若将缝S 2盖住，并在S 1、S 2连线的垂直平分面上放一平面反射镜M ，其它条 件不变(如图)，则此时 ( B ) A. P 处仍为明条纹 B. P 处为暗条纹 C. P 处位于明、暗条纹之间 D. 屏幕E 上无干涉条纹 解 对于屏幕E 上方的P 点，从S 1直接入射到屏幕E 上和从出发S 1经平面反射镜M 反射后再入射到屏幕上的光相位差在均比原来增π，因此原来是明条纹的将变为暗条纹，而原来的暗条纹将变为明条纹。故本题答案为B 。 4．在薄膜干涉实验中，观察到反射光的等倾干涉条纹的中心是亮斑，则此时透射光的等倾干涉条纹中心是（ B ） A. 亮斑 B. 暗斑 C. 可能是亮斑，也可能是暗斑 D. 无法确定 解：反射光和透射光的等倾干涉条纹互补。 本题答案为B 。 5．一束波长为λ 的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为 ( B ) A. λ/4 B. λ/ (4n ) C. λ/2 D. λ/ (2n ) 6．在折射率为n '=1.60的玻璃表面上涂以折射率n =1.38的MgF 2透明薄膜，可以减少光的反射。当波长为500.0nm 的单色光垂直入射时，为了实现最小反射，此透明薄膜的最小厚度为（ C ） A. 5.0nm B. 30.0nm C. 90.6nm D. 250.0nm 选择题3图
物理光学实验题及答案
物理光学实验题及答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]
第三章光学（一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。 （二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。
（2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作 --————————————————————————————————。（3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。 图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水 探究平面镜成像的特点 基础训练 1.平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上 呈现， 是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。
大学物理光学练习题及答案
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占 据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 1 23n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长λ＝500nm(1nm = 10-9m)弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显著, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 沿垂直光的入射光(x 轴)方向稍微 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变 K S 1 L L x a E f
物理光学实验题及答案
物理光学实验题及答案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第三章光学 （一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。（二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。 （2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作？--————————————————————————————————。（3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。
图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水 探究平面镜成像的特点 基础训练 1. 平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上 呈现， 是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。 2.水平桌面上放置一平面镜，镜面与桌面成45度角，小球沿着桌面向镜滚去，如图5-3所示，那么镜中小球的像如何云动？5—3
大学物理光学练习
单元四 (二) 杨氏双缝实验 一、填空题 1. 相干光满足的条件是1）频率相同；2）位相差恒定；3）光矢量振动方向平行，有两束相干光, 频率为ν，初相相同，在空气中传播，若在相遇点它们几何路程差为r r 21-,则相位差 )r r (c 212-= πν ??。 2. 光强均为I 0的两束相干光相遇而发生干涉时，在相遇区域内有可能出现的最大光强是 0I 4。可能出现的最小光强是0。 3. 在真空中沿Z 轴负方向传播的平面电磁波，O 点处电场强度)3 t 2cos(300E x π πν+ = (SI)，则O 点处磁场强度：)3 t 2cos(300 H 00y π πνμε+-=。用图示表明电场强度、磁场强度和传播速度之间的关系。 4. 试分析在双缝实验中，当作如下调节时，屏幕上的干涉条纹将如何变化? (A) 双缝间距变小：条纹变宽； (B) 屏幕移近： 条纹变窄； (C) 波长变长： 条纹变宽； (D) 如图所示，把双缝中的一条狭缝挡住，并在两缝垂直平分线上放一块平面反射镜： 看到的明条纹亮度暗一些，与杨氏双缝干涉相比较，明暗条纹相反； (E) 将光源S 向下移动到S'位置：条纹上移。 二、计算题 1. 在双缝干涉的实验中，用波长nm 546=λ的单色光照射，双缝与屏的距离D=300mm ，测得中央明条纹两侧的两个第五级明条纹之间的间距为1 2.2mm ，求双缝间的距离。 * 由在杨氏双缝干涉实验中，亮条纹的位置由λk d D x = 来确定。 用波长nm 546=λ的单色光照射，得到两个第五级明条纹之间的间距：λ?10d D x 5= ) 4(填空题) 3(填空题
初二物理光学练习测试题附参考答案
精心整理一、光的直线传播、光速练习题： 一、选择题 1.下列说法中正确的是（CD） A.光总是沿直线传播 B.光在同一种介质中总是沿直线传播 C.光在同一种均匀介质中总是沿直线传播 D.小孔成像是光沿直线传播形成的 2.下列关于光线的说法正确的是(BD) A.光源能射出无数条光线 B.光线实际上是不存在的 C.光线就是很细的光束 D.光线是用来表示光传播方向的直线 3. (BCD) A. C. 4. A. C. 5. A. C. 6 A C 7 A C 8.如图1 A. C. 9 10.身高1.6m的人以1m/s的速度沿直线向路灯下走去，在某一时刻，人影长1.8m，经2s，影长变为1.3m，这盏路灯的高度应是__8或2.63_m。 11.在阳光下，测得操场上旗杆的影长是3.5m。同时测得身高1.5m同学的影子长度是0.5m。由此可以算出旗杆的高度是__10.5_m。 二、光的反射、平面镜练习题 一、选择题 1.关于光的反射，正确的说法是（C） A.反射定律只适用于平面镜反射 B.漫反射不遵循反射定律 C.如果甲从平面镜中能看到乙的眼睛，那么乙也一定能通过平面镜看到甲的眼睛
D.反射角是指反射线和界面的夹角 2.平面镜成像的特点是(ABCD) A.像位于镜后，是正立的虚像 B.镜后的像距等于镜前的物距 C.像的大小跟物体的大小相等 D.像的颜色与物体的颜色相同 3.如图1两平面镜互成直角，入射光线AB经过两次反射后的反射光线为CD，现以两平面镜的交线为轴，将两平面镜同向旋转15°,在入射光方向不变的情况下，反射光成为C′D′，则C′D′与CD关系为(A) A.不相交，同向平行 B.不相交，反向平行 C.相交成60° D.相交成30° 4.两平面镜间夹角为θ，从任意方向入射到一个镜面的光线经两个镜面上两次反射后，出射线与入射线之间的夹角为(C) A.θ/2 B.θ C.2θ D.与具体入射方向有关 5.一束光线沿与水平方向成40°角的方向传播，现放一平面镜，使入射光线经平面镜反射后沿水平方向传播，则此平面镜与水平方向所夹锐角为：(AD) A.20° B.40° C.50° D.70° 6.下列说法正确的是(ABCD) A.发散光束经平面镜反射后仍为发散光束 B.本应会聚到一点的光线遇到平面镜而未能会聚，则其反射光线一定会聚于一点 C.平行光束经平面镜反射后仍平行 D.平面镜能改变光的传播方向，但不能改变两条光线间的平行或不平行的关系 7.在竖直的墙壁上挂一平面镜，一个人站在平面镜前刚好能在平面镜中看到自己的全身像.当他向后退的过程中，下列说法正确的是(C) A.像变小，他仍能刚好看到自己的全身像 B.像变大，头顶和脚的像看不到了 C.像的大小不变，他仍能刚好看到自己的全身像 D.像的大小不变，他仍能看到自己的全身像，但像未占满全幅镜面 9.a、b、c三条光线交于一点P，如图3如果在P点前任意放一块平面镜MN，使三条光线皆能照于镜面上，则(B) A.三条光线的反射光线一定不交于一点 B.三条光线的反射光线交于一点，该点距MN的距离与P点距MN的距离相等 C.三条光线的反射光线交于一点，该点距MN的距离大于P点距MN的距离 D.三条光线的反射光线的反向延长线交于一点 10.一点光源S通过平面镜成像，如图4光源不动，平面镜以速度v沿OS方向向光源平移，镜面与OS方向之间夹角为30°，则光源的像S′将(D) A.以速率v平行于OS向右运动 B.以速率v垂直OS向下运动 D.以速率v沿S′S连线向S运动 二、填空题 13.一个平行光源从地面竖直向上将光线投射到一块和光线垂直的平面镜上，平面镜离地面3m 高，如果将平面镜绕水平轴转过30°，则水平地面上的光斑离光源3根号3__m。 17.一激光束从地面竖直向上投射到与光束垂直的平面镜上，平面镜距地面的高度为h.如果将平面镜绕着光束的投射点在竖直面内转过θ角，则反射到水平地面上的光斑移动的距离为.htg2θ__. 三、作图题 19.如图7所示，MN为一平面镜，P为一不透光的障碍物，人眼在S处，试用作图法画出人通过平面镜能看到箱子左侧多大范围的地面。要求画出所有必要光线的光路图，并在直线CD上用AB 线段标出范围。
初中物理光学实验(整理)精编版
一、光的反射： 例：为了探究光反射时的规律，某同学将一个平面镜放在水平桌面上，再把纸板ENF放置在平面镜上，如图甲所示 1、让光沿着白纸的表面照射，这样做的目的是显示光的传播路径 2、使一束光贴着纸板EON沿某一角度入射到O点，纸板FON上观察到了反射光；接着他让白纸沿ON折叠90°，这时他只观察到了入射光，而反射光在纸上看不到了，这样做的目的是探究反射光线、入射光线和法线在同一平面上； 3、其中使用可绕ON转动的纸板的目的是①呈现反射光线；②验证反射光线与入射光线及法线在同一平面内 4、使一束光贴着纸板EON沿某一角度入射到O点，纸板FON上没有观察到反射光，原因可能是纸板EON与FON不在同一平面上（纸板没有与平面镜垂直） 5、正确操作实验，并在纸板上记录每次光的径迹，如图乙所示．取下纸板，接下来进行的操作是测量入射角和对应反射角的大小，将数据记录在表格中，并比较反射角与入射角 6、为了得到反射角等于入射角的规律，应当改变入射角大小，进行多次实验，进行多次测量． 7、实验中，放置平面镜和白纸的顺序是：先把一个小平面镜竖直立在一块长方 形木板上，然后把一张白纸平铺在木板上，使白纸边缘紧贴平面镜放置，而不 是先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上，这样做的好处是什么？ 因为法线与镜面垂直，所以先把一个小平面镜竖直立在一块长方形木板上，然 后把一张白纸平铺在木板上，使白纸边缘紧贴平面镜放置，这样能准确确定白 纸的镜面的垂直关系，而先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上，若桌面不是水 平的，那么白纸和平面镜就不一定垂直，因此不是先放白纸再把平面镜竖直立在白纸上． 二、平面镜成像： 进行探究“平面镜成像特点”的实验．实验步骤如下： （1）将一块薄玻璃板竖直立在铺有白纸的水平桌面上； （2）取两支相同的蜡烛A和蜡烛B，点燃玻璃板前的蜡烛A，并移动玻璃板后的蜡烛B，使它与蜡烛A在玻璃板后所成的像完全重合，并用笔在白纸上标记出蜡烛A和蜡烛B的位置；（3）多次改变蜡烛A的位置，重复前面的步骤； （4）用刻度尺分别测量蜡烛A和蜡烛B到玻璃板的距离． 在此实验中：
大学物理光学实验
大学物理光学实验 平行光管的调整及使用 1．测量凸透镜及透镜组的焦距 １）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。 ２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。 ３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。 ４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。 ５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。 2．用平行光管测凸透镜的鉴别率 （１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。 （２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。 （３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。 （４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验 若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。干涉现象是光的波动说的有力证据之一。“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。 【实验目的】 1. 观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识； 2. 掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径； 3. 学习用逐差法处理实验数据。 【实验原理】 在一块平滑的玻璃片B 上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A 、B 之间形成一劈尖形空气薄层。当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。 设透镜的曲率半径为R ，与接触点O 相距为r 处的空气膜厚度为e ，则2222222)(r e eR R r e R R ++-=+-=由于e R >>，式中可略去2e 得到： R r e 22 = (1) 两束相干光的光程差为 2 2λ +=?e (2) 其中2/λ是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程 图1 牛顿环实验装置
初二物理光学实验题专项练习【含答案】
初二物理光学实验题专项练习 一、光的反射定律 实验序号入射光线入射角反射角 1 AO 50°50° 2 CO 40°40° 3 EO 20°20° 1．如图1所示为研究光的反射规律的实验装置，其中O点为入射点，ON为法线，面板上每一格对应的角度均为10°．实验时，当入射光为AO时，反射光为OB；当入射光为CO时，反射光为OD；当入射光为EO时，反射光为OF．请完成下列表格的填写． 分析上述数据可得出的初步结论是：当光发生反射时，反射角等于入射 角． 2、如图2是探究光的反射规律的两个步骤 （1） 请你完成以下表格的填写。
实验序号入射角反射角 1 50°50 2 40°40° 3 20°20° （2）实验中，纸板应_“垂直”）__于平面镜。（填“平行”或“垂直”） （3）由甲图我们可以得到的结论是：_____当光发生反射时，反射角等于入 射角 ____； （4）由乙图我们可以得到的结论是：___当光发生反射时，反射光线和入射 光线、法线在同一平面内___。 （5）如果光线沿BO的顺序射向平面镜，则反射光线____会_____（填“会”或“不会”）与OA重合，说明了______当光发生反射时，_光路是可逆的 _ ____。 3、如图3在研究光的反射定律实验中，第一步：如图3A改变入 射光线的角度，观察反射光线角度是怎样改变？实验结论是：_当光发生反射时，反射角等于入射角；第二步：如图3B把纸张的右半面向前折或向后折，观察是否还能看到反射光线，实验结论是：看不到，说明当光发生反射时，反射光线和入射光线、法线在同一平面内。
4、如图4所示，课堂上，老师用一套科学器材进行“研究光的反射定律” 的实验演示，其中有一个可折转的光屏，光屏在实验中的作用是：(写出两条) ①显示光的传播路径，②探究反射光线、入射光线、法线是否共面 实验序号入射角反射角 1 15°75° 2 30°60° 3 45°45° （2）根据光的反射定律，如果入射角为20o，则反射角的大小是 20o。 （3）课后，某同学利用同一套实验器材，选择入射角分别为15o、30o、45o 的三条光线进行实验，结果得到了不同的数据，如图所示。经检查，三次试验中各 角度的测量值都是准确的，但总结的规律却与反射定律相违背。你认为其中的原因 应该是将反射光线与反射面（或镜面）的夹角作为反射角。 5、为了探究光反射时的规律，小明进行了如图5所示的实验。 ⑴请在图5中标出反射角的度数。
大学物理光学实验报告材料
实验十：光栅衍射 一、实验目的 1．观察光线通过光栅后的衍射光谱。 2．学会用光栅衍射测定光波波长的方法。 3．学会用光栅衍射原理测定光栅常数。 4．进一步熟悉分光计的调整和使用方法。 二、实验仪器 分光计 光栅 钠光灯 平面反射镜 三、实验原理 光栅是有大量的等间隔、等宽度的狭缝平行放置组成的一种光学元件。设狭缝宽度（透光部分）为a ，不透光部分为b ，则a b +为光栅常数。 设单色光垂直照射到光栅上，光透过各个狭缝后，向各个方向发生衍射，衍射光经过透镜后会聚后相互干涉，在焦平面上形成一系列的被相当宽的暗区分开的明亮条纹。 衍射光线与光栅平面的夹角称为衍射角。设衍射角为θ的一束衍射光经透镜会聚到观察屏的点。在P 点出现明条纹还是暗条纹决定于这束衍射光的光程差。 由于光栅是等宽、等间距，任意两个相邻缝的衍射光的光程差是相等的，两个相邻狭缝的衍射光的光程差为()sin a b θ+，如果光程差为波长的整数倍，在P 点就出现明条纹，即 ()sin a b k θλ+=± (0,1,2,)k = 这就是光栅方程。 从上式可知，只要测出某一级的衍射角，就可计算出波长。 四、实验步骤 1、调整分光计。 使望远镜、平行光管和载物台都处于水平状态， 平行光管发出平行光。 2、安置光栅 将光栅放在载物台上，让钠光垂直照射到光栅上 。 可以看到一条明亮而且很细的零级光谱，左右转动望远 镜观察第一、二级衍射条纹。 3．测定光栅衍射的第一、二级衍射条纹的衍射角θ，并记录。 五、数据记录 （）
'111[()θθθ=-（右边读数）+'11()θθ-（右边读数）]/4 '222[()θθθ=-（右边读数）+'22()θθ-（右边读数）]/4 六、数据处理 将上表中的1θ、2θ分别代入光栅方程()sin a b k θλ+=计算出6个波长，（1 300 a b mm += ） 1λ= 2λ= 3λ= 4λ= 5λ= 6λ= 计算平均波长：λ= 绝对误差：λ?= （取平均波长与6个波长的差中的最大者） 相对误差：100%E λλ λ ?= ?= 结果表示：()nm λλλ=±?= nm 。 七、思考题
物理选修光学试题及答案详解
物理选修光学试题及答案 详解 Prepared on 22 November 2020
光学单元测试一、选择题（每小题3分，共60分） 1 30°，则入射角等于（） °°°° 2．红光和紫光相比，（） A.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较大 B.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速度较大 C.红光光子的能量较大；在同一种介质中传播时红光的速度较小 D.红光光子的能量较小；在同一种介质中传播时红光的速 度较小 3．一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两 束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为n a和n b，a、b在玻璃中的传播速度分别为v a和v b，则（） A．n a>n b B．n a
a、b在玻璃体内穿行所用时间分别为t a、t b，则t a: t b等于（） （A）QQ’:PP’ （B）PP’:QQ’ （C）OP’:OQ’ （D）OQ’:OP’ 6．图示为一直角棱镜的横截面，? = ∠ ? = ∠60 , 90abc bac。一平行细光束从O 点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=2，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（） A．从ab面射出 B．从ac面射出 C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直 7．一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a、 b。已知a光的频率小于b光的频率。下列哪个光路图可能是正确的（） 8．如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（） Ａ．红光的偏折最大，紫光的偏折最小 Ｂ．红光的偏折最小，紫光的偏折最大 Ｃ．玻璃对红光的折射率比紫光大 Ｄ．玻璃中紫光的传播速度比红光大 9．在下列各组的两个现象中都表现出光具有波动性的是（） b c a o
初中物理光学实验题练习
初中物理光学实验精选 1. 平面镜成像 1．小明利用平板玻璃、两段完全相同的蜡烛等器材探究平面镜成像的特点。 (1)选用玻璃板的目的是 。 (2)选取两段完全相同蜡烛的目的是 。如果将点燃的蜡烛远离玻璃板， 则像将 移动。 2.．在探究“平面镜成像规律”时 （1） 用平面镜做实验（填“能”与“不能”） （2）用平板玻璃代替平面镜做实验，其好处是： 。 3.．一组同学在探究平面镜成像的特点时，将点燃的蜡烛A 放在玻璃板的一侧，看到玻璃板后有蜡烛的像。 （1）此时用另一个完全相同的蜡烛B 在玻璃板后的纸面 上来回移 动，发现无法让它与蜡烛A 的像完全重合（图甲）。你分析出现 这种情况的原因可能是： 。 （2）解决上面的问题后，蜡烛B 与蜡烛A 的像能够完全重合，说 明 。 （3）图乙是他们经过三次实验后，在白纸上记录的像与 物对应点的位置。他们下一步应该怎样利用和处理这张“白纸” 上的信息得出实验结论。 ____________________________________________。 （4）他们发现，旁边一组同学是将玻璃板和蜡烛放在方格纸上进行 实验的。你认为选择白纸和方格纸哪种做法更好？说出你的理由： ____________________________________________。 2. 凸透镜成像 1．小明用蜡烛、凸透镜和光屏做“探究凸透镜成像的规律”实验（如图）： ⑴要使烛焰的像能成在光屏的中央，应将蜡烛向 ▲ （填“上”或“下”）调整． ⑵烛焰放距凸透镜20cm 处，移动光屏至某位置，在光屏 上得到一个等大清晰的像，则凸透镜的焦距是 cm ． ⑶使烛焰向右移动2cm ，此时应该将光屏向 （填“左” 或“右”）移至另一位置，才能得到一个倒立、 （填“放大”、“缩小”或“等大”）的清晰实 2.在“探究凸透镜成像规律”时，所用的凸透镜的焦距为10cm 。 ①现将凸透镜、蜡烛和光屏放在如图16所示的光具座上进行实验。若图中C 位置上放置光屏，则B 位置上应放置＿＿＿＿＿＿。 ②如图16所示，，现要在光屏上成缩小 的像，蜡烛应向＿＿＿＿＿＿移动，光 屏应向＿＿＿＿＿移动。（填“左”或 “右”） 3.关于凸透镜： （1）在探究凸透镜成像的实验中，王聪同学先将凸透镜对着太阳光， 调整凸透镜和白纸间的距离，直到太阳光在白纸上会聚成一个最小、 最亮的点，如图所示，这一操作的目的是 ； 图乙 原放置 玻璃板图甲 纸
光纤光学大学物理实验讲义.doc
光纤通信实验 光纤通信就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的。光纤通信是现代通信网的主要传输手段，主要通过在发送端把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。 因此构成光纤通信的基本要素是光源、光纤和光检测器。 半导体激光器可以作为光纤通信的主要光源，其具有超小型、高效率和高速工作的优异特点，到如今，它是当前光通信领域中发展最快、最为重要的激光光纤通信的重要光源.光纤是光导纤维的简写，是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham 首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光检测器:把光发射机发送的携带有信息的光信号转化成相应的电信号并放大、再生恢复为原传输的信号的器件。 【实验目的】 1. 了解和掌握半导体激光器的电光特性和测量阈值电流 2. 了解和掌握光纤的结构和分类以及光在光纤中传输的基本规律。 3. 对光纤本身的光学特性进行初步的研究，对光纤的使用技巧和处理方法有一定的了解。 4. 了解光纤通信的基本原理。 【实验仪器】 导轨，半导体激光器+二维调整，三维光纤调整架+光纤夹，光纤，光探头+二维调整架，激光功率指示计，一维位移架，专用光纤钳、光纤刀，示波器，音源等。 【实验原理】 一、半导体激光器的电光特性 实验采用的光源是半导体激光器，由于它的体积小、重量 轻、效率高、成本低，已进入了人类社会活动的多个领域。 因此对半导体激光器的了解和使用就显得十分重要。本实验 对半导体激光器进行一些基本的实验研究，以掌握半导体激
高考物理光学知识点之几何光学基础测试题含答案(5)
高考物理光学知识点之几何光学基础测试题含答案(5) 一、选择题 1．如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d 的立方体A 和半径为d 的半球体B 分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方(对B 来说是最高点)竖直向下分别观察A 、B 中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是 ①看到A 中的字比B 中的字高 ②看到B 中的字比A 中的字高 ③看到A 、B 中的字一样高 ④看到B 中的字和没有放玻璃半球时一样高 A ．①④ B ．只有① C ．只有② D ．③④ 2．某单色光在真空中传播速度为c ，波长为λ0，在水中的传播速度为v ，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n ，当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为i ，折射角为r ，下列正确的是（ ） A ．v= n c ，λ=n c 0λ B ．λ0=λn，v=sini csinr C ．v=cn ，λ= c v 0λ D ．λ0=λ/n，v=sinr csini 3．题图是一个 1 4 圆柱体棱镜的截面图，图中E 、F 、G 、H 将半径OM 分成5等份，虚线EE 1、FF 1、GG 1、HH 1平行于半径ON ，ON 边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折射率n = 5 3 ，若平行光束垂直入射并覆盖OM ，则光线 A ．不能从圆孤射出 B ．只能从圆孤射出
C．能从圆孤射出D．能从圆孤射出 4．如图所示，一细束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知() A．当它们在真空中传播时，a光的速度最大 B．当它们在玻璃中传播时，c光的速度最大 C．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大 D．若它们都能使某种金属产生光电效应，c光照射出的光电子最大初动能最大 5．一束单色光从空气进入玻璃，下列关于它的速度、频率和波长变化情况的叙述正确的是A．只有频率发生变化 B．只有波长发生变化 C．只有波速发生变化 D．波速和波长都变化 6．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( ) A．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大 7．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）． A．B． C．D． 8．如图所示，黄光和紫光以不同的角度，沿半径方向射向半圆形透明的圆心O，它们的出射光线沿OP方向，则下列说法中正确的是（）
波动光学大学物理答案
习题13 13.1选择题 （1）在双缝干涉实验中，为使屏上的干涉条纹间距变大，可以采取的办法是[ ] (A) 使屏靠近双缝． (B) 使两缝的间距变小． (C) 把两个缝的宽度稍微调窄． (D) 改用波长较小的单色光源． [答案：C] （2）两块平玻璃构成空气劈形膜，左边为棱边，用单色平行光垂直入射．若上面的平玻璃以棱边为轴，沿逆时针方向作微小转动，则干涉条纹的[ ] (A) 间隔变小，并向棱边方向平移． (B) 间隔变大，并向远离棱边方向平移． (C) 间隔不变，向棱边方向平移． (D) 间隔变小，并向远离棱边方向平移． [答案：A] （3）一束波长为λ的单色光由空气垂直入射到折射率为n 的透明薄膜上，透明薄膜放在空气中，要使反射光得到干涉加强，则薄膜最小的厚度为[ ] (A) λ / 4 ． (B) λ / (4n )． (C) λ / 2 ． (D) λ / (2n )． [答案：B] （4）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n ，厚度为d 的透明薄片，放入后，这条光路的光程改变了[ ] (A) 2 ( n -1 ) d ． (B) 2nd ． (C) 2 ( n -1 ) d +λ / 2． (D) nd ． (E) ( n -1 ) d ． [答案：A] （5）在迈克耳孙干涉仪的一条光路中，放入一折射率为n 的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长λ，则薄膜的厚度是 ［ ］ (A) λ / 2 ． (B) λ / (2n )． (C) λ / n ． (D) λ / [2(n-1)]． [答案：D] 13.2 填空题 （1）如图所示，波长为λ的平行单色光斜入射到距离 为d 的双缝上，入射角为θ．在图中的屏中央O 处 (O S O S 21=)，两束相干光的相位差为 ________________． [答案：2sin /d πθλ] （2）在双缝干涉实验中，所用单色光波长为λ＝562.5 nm (1nm ＝10-9 m)，双缝与观察屏的距离D ＝1.2 m ，若测得屏上相邻明条纹间距为?x ＝1.5 mm ，则双缝的间距d ＝
物理光学实验
物理光学实验 华中科技大学光电子科学与工程学院 2011.9
前言 本实验教材是根据光电子科学与工程学院物理光学教学大纲中规定的实验要求选编的。 本实验教材共选入8个实验。内容涉及光的干涉、衍射、偏振等方面。 本实验教材所列实验项目均选自本院物理光学实验室参编及长期使用的《物理光学实验》，适用于光电子信息类专业学生使用，亦可作为非光电类专业学生的选修教材。
光学实验室的一般规则 光学实验要求测量精度高，所用仪器和装置比较精密，对测量条件、周围环境以及对实验者的实验技能都有较高的要求。因此，在做实验之前，除必须认真阅读实验教材及有关资料，了解清楚实验的目的、原理、方法、步骤和要求外，进入实验室后还必须自觉遵守实验室的规则和对某些实验的特殊要求。现将实验室的一般规则叙述如下： 1.光学仪器多是精密贵重仪器。取放仪器时，思想要集中，动作要轻、慢。在没有了解清楚仪器的使用方法之前，切勿乱拧螺丝，碰动仪器或随意接通电源。 2.大部分光学元件用玻璃制成，光学面经过精细抛光，一般都具有Ra0.010的粗糙度。使用时要轻拿轻放，勿使元件相互碰撞，挤压，更要避免摔坏；暂时不用的元件，要放回原处，不要随意乱放，以免无意中将其扫落地面导致损坏。 3.人的手指带有汗渍脂类分泌物，用手触摸光学面会污染该光学面，影响其透光性和其它光学性质。因此，任何时候都不能用手去触摸光学表面，只能拿元件的磨砂面。正确的姿势如图所示。 4.不要对着光学元件和光学系统讲话，打喷嚏和咳嗽，以免涎液溅落镜面造成污痕。 5.光学面若落有灰尘，应先用干净、柔软的脱脂毛刷轻轻掸除，或用“橡皮球”吹除。严禁用嘴去吹。一般不能随意擦拭光学表面。必要时可用脱脂棉球蘸上酒精乙醚混合液轻轻擦拭，切忌用布直接擦拭。 6.光学面上若沾有油污等斑渍时，不要立即动手擦拭。因为很多光学表面镀有特殊的光学薄膜，在擦拭之前，一定要了解清楚情况，然后再在教师或实验工作人员指导下，采取相应的措施，精心处理。 7.光学仪器中有很多经过精密加工的部件。如光谱仪和单色仪的狭缝、迈克耳逊干涉仪的蜗轮蜗杆、分光计的读数度盘等，都要小心使用，按规则操作，切忌拆御仪器，乱拧旋钮。 8.要讲究清洁卫生，文明礼貌，不得大声喧哗，打闹。 9.实验完毕，要向指导教师报告实验结果和仪器的使用情况。整理好仪器，填写仪器使用卡，经允许后方可离开实验室。
初中物理光学经典训练题集锦(含答案)
初二光学练习题 一、填空题 1.某同学身高1.7 米，站在竖直放置的平面镜前1.5 米处，他的像高是_____米，他的像到平面镜的距离是_________米.若此人向平面镜移动 1 米，则他的像到平面镜的距离为_________米，他的像高为_________米. 2. 当光从透明介质斜射入空气时折射光线将_________，（选填靠近法线或偏离法线）这时折射角________于入射角． 3. 当光线垂直与水面入射时，入射角大小为________，反射角大小为_________，折射角大小为_________，光射入水中，光速将________（选填变大或变小或不变） 4．如图1所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播的路线，其中___ __是入射光线，_______是反射光线，_______是折射光线，反射角的大小为________，折射角的大小为________。5．人在水面上方看到斜插入水中的筷子变得向上___ __（选填上或下）弯折了，这是光从________中射向________在界面发生折射的缘故。 6．古诗词中有许多描述光学现象的诗句，如“潭清疑水浅”说的就是光的_______现象；“池水映明月”说的就是光的________现象． 图1 图2 7.一些透镜的截面如图2所示，在这些透镜中：（1）属于凸透镜的是________，它们的共同特点是________________(2)属于凹透镜的是_______，它们的共同特点是__________ ____. 8.凸透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜；凹透镜对光线有__________作用，所以又叫做__________透镜. 9.小华让凸透镜正对着太阳光，拿一张白纸在它的另一侧前后移动，直到纸上的光斑变得最小、最亮，这个点叫做凸透镜的__________，用符号__________表示。 10.平面镜、凹透镜、凸透镜是常用的三种光学器件，其中利用光的反射规律的是__________镜；利用光的折射规律的是__________镜；能会聚太阳光的是__________镜. 二、选择题 11.如图3所示，把蜡烛逐渐远离平面镜，它在镜中之像将 ( ) A. 变大． B. 变小． C. 不变． D. 变倒立． 图3 图4 12.如图所示是从平面镜中看到的一钟表时针和分针位置，此时的实际时刻是 ( ) A. 8时20分． B. 4时20分． C. 3时40分． D. 8时40分， 13.放映幻灯时，幻灯片应放在离镜头 ( ) A. 2倍焦距和焦距之间，正立放置． B. 2倍焦距和焦距之间，倒立放置． C. 大于2倍焦距处，正立放置． D.大于2倍焦距处，倒立放置. 14．下列现象属于光的折射的是（）A．通过潜望镜观察海面上的船只B．观察楼房在水中的倒影 C．从水中看岸上的物体比实际位置高D．在路灯下出现了人的影子 15．在湖边看平静湖水中的“鱼”和“云”，看到的是（）A．“鱼”是光的反射形成的虚像，“云”是光的折射形成的虚像 B．“鱼”是光的折射形成的虚像，“云”是光的反射形成的虚像 1文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.
物理光学实验题及答案
第三章光学 （一）概述 光学的学生实验共有4个，它们分别是“光反射时的规律”、“平面镜成像的特点”、“色光的混合与颜料的混合”、“探究凸透镜成像的规律”。 （二）光学探究实验对技能的要求 1.明确探究目的、原理、器材和步骤。 2.会正确使用各种实验器材，知道它们的摆放要求。 3.知道各种器材在实验实践与探究能力指导 中的作用，并能根据实验原理、目的，选择除教科书规定仪器之外的其他器材完成实验。 4.会设计实验步骤并按合理步骤进行实验。 5会设计实验报告，会填写实验报告。 6.会正确记录实验数据。 7.会组装器材并进行实验。 8.明确要观察内容，会观察实验现象，并能解释实验中的一般问题。 9.会分析实验现象和数据，并归纳实验结果。 实验与探究能力培养 探究光反射时的规律 基础训练 1.为了探究光反射时的规律，小明进行了如图19所示的实验 （1）请在图19中标出反射角的度数。 （2）小明想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内，他应如何操作 --————————————————————————————————。 （3）如果让光线逆着OF的方向射向镜面，会发现反射光线沿着OE方向射出，这表明：————————————————————————————————。 图19 2.雨后天晴的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是（）。 A.迎着月光走，地上暗处是水，背着月光走地上发亮处是水 B.迎着月光走，地上发亮处是水，背着月光走地上暗处是水 C.迎着月光走或背着月光走，都应是地上发亮处是水 D.迎着月光走或背着月光走，都应是地上暗处是水
探究平面镜成像的特点 基础训练 1.平面镜能成像是由于平面镜对光的————射作用，所称的想不能在光屏上呈现，是————像，为了探究平面镜成像的特点，可以用————代替平面镜，选用两只 相同的蜡烛是为了————。 2.水平桌面上放置一平面镜，镜面与桌面成45度角，小球沿着桌面向镜滚去，如图5-3所 示，那么镜中小球的像如何云动5—3 3．在“探究平面镜成像特点”的试验中在平薄玻璃板前放一只点燃的蜡烛A，在玻璃板后放上一只相同的蜡烛，如图22所示： （1）移动后面的蜡烛B，直到看上去跟前面的蜡烛A的像完全重合，这样做的目的是（）A验证像与物到镜面的距离相等 B验证像与物的大小相等图22 C验证平面镜所成的是虚像 D验证平面镜成像满足他的反射条件 （2）烛焰在平面镜中所成的像是————像（选填“实”或“虚”）放在图中B处“烛焰” 上的手指————被烧痛（填“会”或“不会”） （3）操作中某同学在桌面上无论怎样调整后方的蜡烛都不能与像重和，其原因可能是—————————————————————————————————————。