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光学实验基础知识 课程背景 光学：物理学经典学科，发展迅速。 经典光学理论和实验方法：促进科技进步。 新的研究成果和实验技术：促进光学学科及其他科技领域发展，如天文、化学、生物、医学等。 光学实验技术：观察基本光学现象，学习和掌握光学实验的基本知识和基本方法，培养基本的光学实验技能。 光学实验：仪器精密，调节复杂，只有在了解仪器结构性能基础上建立清晰的物理图像，才能选择有效而准确的调节方法，判断仪器是否处于正常的工作状态。 理论联系实际：在光学实验过程中，仪器的调节和检验，实验现象的观察、分析等都离不开理论的指导。 一、光学实验的主要内容 （一）基本物理量的测量方法 基本物理量：透镜的焦距、基点、曲率半径，介质折射率、溶液浓度、光波波长、光栅常量等。 测量方法： 焦距测量：物距像距法、二次成像法、自准直法、辅助透镜法 折射率测量：最小偏向角法、掠入射法 光波波长测量：双棱镜干涉法、迈克尔逊干涉法、透射光栅法 溶液浓度测量：旋光法 偏振光分析、单色仪定标 加深理论—掌握方法—观察现象—分析现象 （二）常用光学仪器的使用 光具座、分光计、测微目镜、读数显微镜、干涉仪等。 （三）学习分析光学实验中的基本光路 自准直光路、分光光路、助视放大光路、恒偏向光路。 （四）继续学习分析误差的方法和提高对实验数据的处理能力 注重系统误差的消除 二、光学实验的特点 与理论密切结合 频率极高的电磁波，1014数量级，光学现象不直观，只能观察一定时间内的平均效果。靠理论的支撑才能把握住实验现象。 仪器调节要求高 仪器精密，必须严格调节，才能保证精度。迈克尔逊干涉仪精度可达10-4mm。 实验能力要求高 实验技能、理论基础、判断能力。 三、注意事项 动作轻缓（取放元件、调节仪器、走动） 不要触及光学表面（拿毛玻璃面、棱） 取物品做到“有序”（顺着桌面摸，防止跌落） 避免急躁情绪 互相照应（避免互相干扰） 四、基本光路 （一）自准直光路 1. 2. 3. （二）三棱镜分光光路 复色光→棱镜 →单色光 同一棱镜对不同波长的光具有不同的折射率。（针对钠光波长589.3nm而言） 偏向角：出射光与入射光的夹角。 最小偏向角：光路对称时，出射光与入射光的夹角。 （三）光栅分光光路 分光原理：光栅方程 dsinθ=kλ 各级谱线分布于零级像两侧。 零级像：k=0, θ=0的位置，所有波长的光重叠在一起。 五、基本光学仪器的使用 （一）光具座 双杆式和平直导轨式 长度为1-2m，刻有毫米标尺。 滑块支架。 将各种光学元件（透镜、面镜等等）组合成特定的光学系统，运用这些光学系统成像时，要想获得优良的像，必须保持光束的同心结构，即要求该光学系统符合或接近理想光学系统的条件，这样，物方空间的任一物点，经过该系统成像时，在像方空间必有唯一的共轭像点存在，而且符合各种理论计算公式。为此，在光具座上调节光学系统，必须满足以下几点。 1.光具座水平 调节光具座底角的水平调节螺钉(借助水平尺)，使光具座水平。 2.共轴 调节光学系统中各光学元件的光轴,使之共轴。并让物体发出的成像光束满足近轴光线的要求。 3.等高 因为成像公式中的各段距离,都是指光学系统光轴上的距离,所以要从光具座轨道上的读数求出符合实际的距离,必须做到光学系统的光轴和光具座道轨的基线平行——简称等高。 调节光学系统各元件的共轴等高，是光学实验中的一项基本要求，必须很好掌握，一般的调节可分粗调和细调两步进行。 （1） 粗调 先把物、透镜、像屏等元件放置于光具座上，如图依次检查并调整物、透镜及屏的中心（图中物体P 经透镜L 成像于P′），使各元件的中心大致在与导轨平行的同一条直线上，并使物平面、像屏平面和透镜面相互平行且垂直于光具座导轨。 （2） 细调 二次成像法 成小像时，调节光屏位置，使P〞与屏中心重合； 成大像时，则调节透镜的高低或左右，使P′位于光屏中心。依次反复调节，便可调好。 （二）分光计 精密测角仪：测量棱镜角，偏向角 分光仪器：借助分光元件可观察光谱，测量波长。 2.分光计的调节 测量前应调节分光计，达到： 望远镜聚焦到无穷远，望远镜的光轴对准仪器的中心转轴并与中心转轴垂直。 待测光学元件的表面与中心转轴平行。 平行光管出射平行光，且光轴与望远镜的光轴共轴。 1) 目视粗调 2) 用自准直法将望远镜调焦到无穷远 载物盘水平、望远镜俯仰调节的特例 观察不到反射像的原因 目镜中观察到的叉丝和透光窗中黑色十字的