4.1读数显微镜实验室常用测量显微镜来测量长度，其优点是：测量准确度高：可以做到无接触测量，在测量过程中对被测物体的影响较小。读数显微镜的量程一般为几个厘米，分度值为0·01mml。常见的一种读数显微镜JCD型的机械部分是根据螺旋测微原理制造的，一个与螺距为1mm的丝杆联动的刻度圆盘上有100个等分格，因此它的分值是0·01mm。4.2分光计分光计是正确测定光线偏转角的仪器，不少物理量如折射率、波长的测定都要用到它。分光计有各种类型，其结构也有不同，但它总是由三足底座，平行光管，载物台，望远镜和读数装置等所组成。分光计在使用前一定要经过仔细的调整，使其处于正常工作状态：①望远镜能接收平行光：②平行光管能发出平行光；③望 上之远镜和平行光管共光轴，且均与分光计的中心轴（载物平台的法线）相垂直。只有这样才能使入射光和出射光265的平面与刻度盘载物台相平行，而使24分光计刻度盘上的读数正确反映出光162线的偏转角。因此正确地调整分光计，对减少测量误差，提高测量的准确度1.狭缝装置2.狭缝装置锁紧螺钉3.平行光管部件4.制动架（二）5.载物台6.载物台调平螺钉（3只）7.载物台锁紧螺钉8.望远镜部件9.目镜锁紧螺是十分重要的。而分光计的调整方法钉10.阿贝式自准直目镜11.目镜视度调节手轮12.望远镜光轴高低调节对一般光学仪器的调整也有一定的通螺钉13.望远镜光轴水平调节螺钉14.支臂15.望远镜微调螺钉16.转座与度用性。角止动螺钉17.望远镜止动螺钉18.制动架（一）19.底座20.转座21.度盘22.游标盘23.立柱24.游标盘微调螺钉25.游标盘止动螺钉26.平行4.3迈克尔逊干涉仪光管光轴水平调节螺钉27.平迈克尔逊干涉仪其基本光路如图5行光管光轴高低调节螺钉28.狭缝宽度调节手轮29.平行平板连座30.光栅板连座31.6.3V变压器所示。图中S为光源，A、B为平行平面图4JJY分光计玻璃板，A称为分束镜，在它的一个表面镀有半透半反射金属膜M，B称为补偿板。C、D为互相垂直的平面镜。A、B与C、D均成45°角。迈克尔逊干涉仪在光学实验和计量技术中有着广泛的应用。例如：可用它测量光波的波长、微小长度、光源的相干长度，用相干性较好的光源可对较大的长度作精密测量，以及可用它来研究温度、压力对光传播的影响等。随着应用的需要，迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。五、实验室常用光源：5.1He—Ne激光光源：5图5
5 4.1 读数显微镜 实验室常用测量显微镜来测量长度，其优点是：测量准确度高；可以做到无接触测量，在 测量过程中对被测物体的影响较小。 读数显微镜的量程一般为几个厘米，分度值为 0·01mm。常见的一种读数显微镜 JCD3 型 的机械部分是根据螺旋测微原理制造的，一个与螺距为 1mm 的丝杆联动的刻度圆盘上有 100 个等 分格，因此它的分值是 0·01mm。 4.2 分光计 分光计是正确测定光线偏转角的仪器，不少物理量如折射率、波长的测定都要用到它。 分光计有各种类型，其结构也有不同，但它总是由三足底座，平行光管，载物台，望远镜和读数 装置等所组成。 分光计在使用前一定要经过仔细的调整，使其处于正常工作状态：① 望远镜能接收平行 光；② 平行光管能发出平行光；③ 望 远镜和平行光管共光轴，且均与分光 计的中心轴（载物平台的法线）相垂 直。只有这样才能使入射光和出射光 的平面与刻度盘载物台相平行，而使 分光计刻度盘上的读数正确反映出光 线的偏转角。因此正确地调整分光计， 对减少测量误差，提高测量的准确度 是十分重要的。而分光计的调整方法 对一般光学仪器的调整也有一定的通 用性。 4.3 迈克尔逊干涉仪 迈克尔逊干涉仪其基本光路如图5 所示。图中S为光源，A、B为平行平面 玻璃板，A称为分束镜，在它的一个表 面镀有半透半反射金属膜M，B称为补偿板。C、D为互相垂直的平面镜。A、B与C、D均成 45 角。 迈克尔逊干涉仪在光学实验和计量技术中有着广泛的应用。例如：可用它测量光波的波长、微小 长度、光源的相干长度，用相干性较好的光源可对较大的长度作精密测量，以及可用它来研究温 度、压力对光传播的影响等。随着应用的需要，迈克尔逊 干涉仪有多种多样的形式。 五、实验室常用光源： 5.1 He—Ne激光光源： 1.狭缝装置 2.狭缝装置锁紧螺钉 3.平行光管部件 4.制动架(二) 5. 载物 台 6.载物台调平螺钉(3 只) 7.载物台锁紧螺钉 8.望远镜部件 9.目镜锁紧螺 钉 10.阿贝式自准直目镜 11.目镜视度调节手轮 12.望远镜光轴高低调节 螺钉 13.望远镜光轴水平调节螺钉 14.支臂 15.望远镜微调螺钉 16.转座与度 角止动螺钉 17.望远镜止动螺钉 18.制动架(一) 19.底座 20.转座 21.度 盘 22.游标盘 23.立柱 24.游标盘微调螺钉 25.游标盘止动螺钉 26.平行 光管光轴水平调节螺钉 27.平 行光管光轴高低调节螺钉 28.狭缝宽度调节手轮 29.平行平板连座 30. 光栅板连座 31.6.3V 变压器 图 4 JJY 分光计 图 5
He一Ne激光光谱特性：光波单色性好，波长为632.8nm，橙红色；方向性好，光束发散角小；亮度高；是很好的定向光源和单色光源。使用时注意高压安全，不能触摸电极。应避免激光束直接射入眼晴以免损伤视力。实验室常用200—300mm激光管。工作电压在1.5kV左右，工作电流4一6mA，启辉电压为5kV。5.2低压汞灯光源：低压汞灯光谱特性：在可见光区辐射光波波长为：577.0nm、579.0m、546.1nm、404.7nm，线光谱。实验室常用GD20低压汞，额定电压220V，工作电压20V，功率20W。5.3高压汞灯光源：高压汞灯光谱特性：在可见光谱区辐射光波波长为：404.6nm、435.8nm、491.6nm、546.0nm、576.9mm、579.0nm，线光谱。实验室常用GGQ50高压汞灯，额定电压220V，工作电压95V，功率50W。5.4低压钠灯光源：低压钠灯光谱特性：在可见光区辐射光波波长为：589.6nm、589.0nm，线光谱。实验室常用GP20Na型低压钠灯，额定电压220V，工作电压15V，功率20W。5.5白炽灯光源：白炽灯光谱特性：在可见及近红外光谱区辐射的各种波长，并组成连续光谱。光呈白色偏黄红。5.6卤钨灯光源：卤钨灯光谱光谱特性：在可见光谱区辐射的各种波长，形成连续光谱。因光谱中短波成分增多，所以它所发的光较白炽灯的光更接近于白色。6
6 He—Ne激光光谱特性：光波单色性好，波长为632.8nm，橙红色；方向性好，光束发散角小；亮 度高；是很好的定向光源和单色光源。使用时注意高压安全，不能触摸电极。应避免激光束直接 射入眼睛以免损伤视力。实验室常用200—300mm激光管。工作电压在1.5kV左右，工作电流4—6mA， 启辉电压为5kV。 5.2 低压汞灯光源： 低压汞灯光谱特性：在可见光区辐射光波波长为：577.0nm、579.0nm、546.1nm、404.7nm，线 光谱。实验室常用GD20低压汞，额定电压220V，工作电压20V，功率20W。 5.3 高压汞灯光源： 高压汞灯光谱特性：在可见光谱区辐射光波波长为：404.6nm、435.8nm、491.6nm、546.0nm、 576.9nm、579.0nm，线光谱。实验室常用GGQ50高压汞灯，额定电压220V，工作电压95V，功率50W。 5.4 低压钠灯光源： 低压钠灯光谱特性：在可见光区辐射光波波长为：589.6nm、589.0nm，线光谱。实验室常用GP20Na 型低压钠灯，额定电压220V，工作电压15V，功率20W。 5.5 白炽灯光源： 白炽灯光谱特性：在可见及近红外光谱区辐射的各种波长，并组成连续光谱。光呈白色偏 黄红。 5.6 卤钨灯光源： 卤钨灯光谱光谱特性：在可见光谱区辐射的各种波长，形成连续光谱。因光谱中短波成分增多， 所以它所发的光较白炽灯的光更接近于白色
实验薄透镜焦距的测量一、目的：1、掌握薄透镜焦距的测量；2、学会调节光学系统。二、原理：如图1所示，设薄透镜的第二焦距为f，物距为s，对应的象距为s，则由透镜成象公式得：1-1_1个(1)AFfss0f=_ss'(2)S-s'k应用上式时，必须注意各物理量所适用的付号规则。图1本讲义规定：光线自左向右进行；距离从参考点（薄透镜心）量起；向左为负，向右为正。即距1I.1L1离与光线进行方向一致时为正，反之为负。运算时已知量须添加符号，未知量Y则根据结果中的符号判断其物理意义。dK米CL下面介绍测量会聚透镜的二种方法：图2（1）由物距与象距求距离：取物与白屏之间的距离L大于4f'，此后，固定物与白屏的位置，移动透镜则必能在白屏上两次成象，如图2所示。透镜在位置I时：物距S=（L-d-S）：象距S=d+S，得放大、倒立的实象P"。透镜在位置ⅡI时：物距S=-(L-S）：象距S=S，得缩小、倒立的实象P。由（2）式知：(L-d-S',)(d+s',)对位置I而言：f(A)L(L-S')S对位置Ⅱ而言：f(B )L从方程（A）（B）中不难解出：=(3)4L（3）式表明：只要测出d和L就可以算出f'。由于f是通过透镜两次成象而求得的，因而这种方法又称二次成象法。（2）由光的可逆性原理求焦距：如图3所示，当物屏P放在透镜L的第一焦平面上时，由P发出的光经透镜后将成为平行光。如果在透镜后面放一与透镜光轴垂直的平面镜M，就可把这一束平行光反射回去，再经过原透镜L则必成象于物屏平面上。P与L之间的距离就是透镜L的第二焦距f'。这方法是利用调节实验装置本身使之产生平行光以达到调焦目的，所以又称为自准直法。7
7 实验 薄透镜焦距的测量 一、目的 ： 1、掌握薄透镜焦距的测量； 2、学会调节光学系统。 二、原理： 如图1所示，设薄透镜的第二焦距为 f ' ,物距为s,对应的象距为 s ' ，则由透镜成象公式得： 1 f ＝ 1 s － 1 s „„ （1） f ＝ s s ss „„„ （2） 应用上式时，必须注意各物理量所适用的符号规则。 本讲义规定：光线自左向右进行；距离从参考点（薄透镜心）量起；向左为负，向右为正。即距 离与光线进行方向一致时为正，反之为 负。运算时已知量须添加符号，未知量 则根据结果中的符号判断其物理意义。 下面介绍测量会聚透镜的二种方法： （1） 由物距与象距求距离： 取物与白屏之间的距离L大于4 f ，此后，固定物与白屏的位置，移动透镜则必能在白屏上 两次成象，如图2所示。透镜在位置 I 时：物距 S (L d S ) 2 ;象距 S d S 2 ，得放大、倒 立的实象 P 。透镜在位置 时：物距 S (L S ) 2 ; 象距 S S 2 ，得缩小、倒立的实象 P。 由（2）式知： 对位置 I 而言： L L d S d S f ( )( ) 2 2 „„„„„„„„„„„（A） 对位置 而言： L L S S f 2 2 ( ) „„„„„„„„„„„„„„„„（B ） 从方程（A）（B）中不难解出： L L d f 4 2 2 „„„„„„„„„„„（3 ） （3）式表明：只要测出 d 和 L 就可以算出 f 。由于 f 是通过透镜两次成象而求得的，因而这 种方法又称二次成象法。 （2）由光的可逆性原理求焦距： 如图3所示，当物屏P放在透镜L的第一焦平面上时，由P发出的光经透镜后将成为平行光。如 果在透镜后面放一与透镜光轴垂直的平面镜M，就可把这一束平行光反射回去，再经过原透镜L 则必成象于物屏平面上。P与L之间的距离就是透镜L的第二焦距 f 。这方法是利用调节实验装置 本身使之产生平行光以达到调焦目的，所以又称为自准直法。 图 1 L P I I I d s ' P'' P ' 图 2
对于发散透镜，因为实物不能得到实象，所以不能应用白屏接取象的方法求得焦距。下面介绍二种测量发散透镜焦距的方法：-1)T图4图3如图4所示，因为实物P经发散透镜成虚象P"在透镜另一侧并通过透镜观察，用视差法找出P的位置，再利用公式（1）式即可算出f。2)用辅助透镜成象焦距：L1LYP-P木图如图5所示，设物屏P经辅助会聚透镜L后成象于P，，而加待测焦距的发散透镜L后将成象于P”，则P”与P”相对于L来说是物象共轭的，分别测出L到P，和P”的距离，根据（2）式即可算出L的第二焦距f，。三、仪器及用具：1、光具座：2、会聚透镜：3、发散透镜：4、光源：5、物屏：6、白屏：7、平面镜。四、实验内容：1、测量会聚透镜的f。（用二种方法）2、测量发散透镜的f。五、步骤和要求：1、调节光学元件使物、透镜及象的中心在一直线上，并使这一直线与导轨严格平行。调节的方法是先把物屏、透镜、白屏等元件放置于光具座上，并使它们尽量靠拢。先用眼睛瞄准进行初调使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上。使物平面、象平面和透镜面相互平且垂直于光具座导轨。然后，用其它仪器或依靠成象规律仔细调节，使各元件中心连线与导轨严格平行。（参照光学实验预备知识3.2共轴调节）2、用单色光照亮物屏P，将物屏与白屏放置在光具座上，相隔一定距离（大于4f）并固定好，测出他们之间的距离L。将待测会聚透镜放在物屏与白屏之间如图2所示，移动透镜使白屏上得到清晰的象，记录透镜位置S：移动透镜至另一位置使屏上又得一清晰的象，再记录透镜的位置s，；8
8 对于发散透镜，因为实物不能得到实象，所以不能应用白屏接取象的方法求得焦距。下面介 绍二种测量发散透镜焦距的方法： 1） 视差法求焦距： 如图4所示，因为实物P经发散透镜成虚象P"在透镜另一侧并通过透镜观察，用视差法找出P" 的位置，再利用公式（1）式即可算出 f 。 2） 用辅助透镜成象焦距： 如图5所示，设物屏P经辅助会聚透镜 L1 后成象于P’，而加待测焦距的发散透镜L后将成象于P”， 则P’与P”相对于L来说是物象共轭的，分别测出L到P’和P”的距离，根据（2）式即可算出L 的第二焦距f ’。 三、仪器及用具： 1、光具座；2、会聚透镜；3、发散透镜；4、光源；5、物屏；6、白屏；7、平面镜。 四、实验内容： 1、测量会聚透镜的f 。（用二种方法） 2、测量发散透镜的f 。 五、步骤和要求： 1、调节光学元件使物、透镜及象的中心在一直线上，并使这一直线与导轨严格平行。调节的方 法是先把物屏、透镜、白屏等元件放置于光具座上，并使它们尽量靠拢。先用眼睛瞄准进行初调， 使各元件的中心大致在与导轨平行的同一直线上。使物平面、象平面和透镜面相互平且垂直于光 具座导轨。然后，用其它仪器或依靠成象规律仔细调节，使各元件中心连线与导轨严格平行。（参 照光学实验预备知识3.2共轴调节） 2、用单色光照亮物屏P，将物屏与白屏放置在光具座上，相隔一定距离（大于4f）并固定好，测 出他们之间的距离L。将待测会聚透镜放在物屏与白屏之间如图2所示，移动透镜使白屏上得到清 晰的象，记录透镜位置 S1 ；移动透镜至另一位置使屏上又得一清晰的象，再记录透镜的位置 S 2 ； 图 3 图 4 图 5
由二个位置算出距离d(d=S-S）并由（3）式求出f"。改变屏的位置，重复三次，求其平均值。3、按图3所示，在光具座上将仪器放好。移动会聚透镜L和改变平面反射镜的方位，使在物屏上形成一个与物P大小相等，倒立的清晰的象，测出物屏到透镜的距离即得透镜的焦距。重复三次，求其平均值。4、按图5所示，先用辅助会聚透镜L把物P成象在P处的屏上，记录P”的位置。然后将待测发散透镜L置于与P之间的适当位置，并将屏向外移至P”处，使屏上重新得到清晰的象。分别测出P、P”至发散透镜L的距离，这二个距离对L来讲分别表示物距和象距，代如（2）式，求出f'（注意各量符号）。改变发散透镜位置，重复三次，求其平均值。数据表格自拟。六、思考题：1、如何利用光学方法区别凸、凹透镜。2、设计一个利用自准直方法测薄凹透镜f的实验方法。9
9 由二个位置算出距离d ( ) S 1 S 2 d 并由（3）式求出 f 。改变屏的位置，重复三次，求其平均 值。 3、按图3所示，在光具座上将仪器放好。移动会聚透镜L和改变平面反射镜的方位，使在物屏上 形成一个与物P大小相等，倒立的清晰的象， 测出物屏到透镜的距离即得透镜的焦距 f 。重复 三次，求其平均值。 4、按图5所示，先用辅助会聚透镜 L1 把物P成象在P’处的屏上，记录P’的位置。然后将待测发 散透镜L置于与P’之间的适当位置，并将屏向外移至P”处，使屏上重新得到清晰的象。分别测 出P’、P”至发散 透镜L的距离，这二个距离对L来讲分别表示物距和象距，代如（2）式，求出 f （注意各量符 号）。改变发散透镜位置，重复三次，求其平均值。数据表格自拟。 六、思考题： 1、 如何利用光学方法区别凸、凹透镜。 2、 设计一个利用自准直方法测薄凹透镜f的实验方法