双棱镜测量波长的实验改进及调节技巧毕业论文(编辑修改稿)

双棱镜测量波长的实验改进及调节技巧毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

在实验仪器的调节上，在我初次做这个实验的时候，即使在实验前已经做好充分的预习准备，对实验步骤已经了解得比较清楚了，可是在实验的过程中总是遇到各种各样的问题，在实验仪器的调节上花费了很长的时间，没办法 独立地在规定的时间内完成实验。 经过了多次的摸索和尝试，我寻找到了一种比较快捷的调节方法。 在实验中采用的是钠光灯作为光源。 “等高共轴”调节为第一步，也最为关键，“等高共轴”要是没调节好，将会对实验操作造成很大的困难，也会引起较大的实验误差。 A、 我并不采用直接将各个光学仪器一并排列放在光具座上，而是一个一个地调节等高共轴。 打开钠光灯，在光具座上依次放上凸透镜和狭缝，粗略调节等高，使狭缝均匀被照亮。 再放上双棱镜，眼睛透过棱镜看狭缝，开始时狭缝调大一点，左右调节狭缝使棱脊逐渐与狭缝平行，判断棱脊与狭缝平行是否平行的 标准是（此时透过棱镜看到的是一条竖直的黑线在狭缝中间。 ）再将狭缝调小一点，继续细调棱镜，使棱脊将狭缝平分，继续重复以上动作几次，就可以调节得到狭缝与棱脊取向平行。 这样可以粗略调节狭缝与双棱镜“等高共轴”。 B、在双棱镜后面放一个凸透镜。 透过透镜可以看到双棱镜的棱在凸透镜中间，此时可以认为凸透镜与狭缝、双棱镜等高共轴。 开始时凸透镜尽量靠近双棱镜，慢慢地将白屏一点一点远离凸透镜，同时微微前后移动凸透镜，可以在白屏上看到两条细锐的光线，这个就是所要找的大像。 要是两条光线的亮度不一样说明狭缝与双棱镜的棱脊不严 格平行，可以左右调节双棱镜，使两条光线的亮度一样。 只要先找出的大像就可以很快地找到小像，撤去白屏，放上测微目镜，用一张白纸放在测微目镜前，上下左右调节测微目镜，使放大的像进入测微目镜中，前后移动透镜，使在测微目镜中观察到的像最清晰， 调节测微目镜仰角旋钮， 使大像处在测微目镜视场的中心位置。 将凸透镜靠近测微目镜， 观察测微目镜中大像的变化，若大像（大像在凸透镜靠近测微目镜的这个过程中会产生变化，由大像变模糊，再逐渐向缩小的清晰的像变化）的中心向上或向下漂移，调节测微目镜仰角旋钮，将大像调至中央。 “等高同轴”调好的 标准是：当凸透镜靠近测微目镜时，大像在测微目镜中均匀向中心靠近，若大像偏向左右，可调节左右调节测微目镜。 B、 撤去凸透镜，将测微目镜逐渐向双棱镜靠近，用白纸放在双棱镜后面，可看到微弱的光线，调节测微目镜，使光线进入测微目镜，在测微目镜中找到两个虚光源的交叠区域，其特点是比视场的其他 双棱镜测量波长的实验改进及调节技巧 10 部分要亮一点，要是没找到交叠区域，可以将测微目镜移近双棱镜，可以增大视场，利于找到交叠区域，找到交叠区域后只需要微微调节下狭缝的平行度就可以调节出清晰的干涉条纹。 通过测微目镜可以看到逐渐清晰的干涉条纹，调节狭缝使干涉条纹达到最清晰，此 时狭缝和双棱镜的棱脊严格平行。 然后将狭缝和双棱镜固定（注意：双棱镜和狭缝的距离尽量靠近，这样子比较容易调节平行）。 此时可以将测微目镜前后移动，使干涉条纹的宽度适合。 C、重复找大小像的步骤，撤去白屏，在白屏的位置上放上测微目镜，左右细微调节，使亮点进入测微目镜，再前后细微调节测微目镜，使透过测微目镜看到细锐的光线此时可以测出小像的距离 d1。 保持测微目镜的位置不变，把凸透镜移向双棱镜，透过测微目镜可以看到形成两条大的细锐的光线，此时可测出 d2。 实验中要找出两个放大和缩小的像是比较难的。 建议先找出大像再找小像。 误差分析 二次成像法实验误差理论分析 光波的波长的计算公式： xDdd  21 ① 对公式 ① 取对数得到：   Dxdd lnlnlnln21ln21  ② 对式子 ② 取微分得到DdDxxdddddddd   2 21 121 ③ 把微分写成相对误差的形式：  DDxxddddE   2 21 121 ④ 对式子 ④ 进行分析可以知道双棱镜测量波长的误差来源主要来自于三个方面的测量误差。 由第一项  221121 dddd 引起的误差是最大的，因为 d 的数值时很小的。 由第二项  xx 引起的误差比较小，因为是测量多条条纹求平均值。 由第三项 DD 所引起的误差最小，因为 D 值比较大。 第一项引起的误差最大，只要我们尽量减少第一项所引起的误差就可以大大地减少整个实验的误 双棱镜测量波长的实验改进及调节技巧 11 差。 从第一项  221121 dddd 所引起的误差，可以通过基本不等式得到它取得最小值的情况2211221121 dddddddd   可知当第二项取得最小值时的条件是2211 dddd  由于 1d 和 2d 都是由读数显微镜所引起的误差，所以可以近似地看作 21 dd  ，所以可以得到当 21 dd 第一项取得最小值，也就是误差最小。 针对第一项所引起的误差，所以我们要使放大的虚光源的像的间距尽量接近缩小的虚光源的像的间距。 为了使两个虚像的间距尽量接近我采用等大成像法对实验进行改进。 经过一次又一次改变狭缝与双棱镜的距离，凸 透镜与双棱镜的距离，发现很难调节得到两个虚像的间距相等或接近。 针对这个问题，我采用了另外的一种方法来测量光波的波长。 我觉得当放大的像与缩小的像重合的时候，也就是放大的像与缩小的像重合的时候，也就是两个像相等，可以得到 21 dd。 根据凸透镜的成像规律。 如表 1 所示： 物距（ u） 像距（ v） 正倒 大小 虚实 u2f f v2f 倒 缩小 实 u=2f u=2f 倒 等大。