大学物理设计性实验报告实验项目名称：双棱镜干涉姓名：戴茂松 学号：090801010013学院：物理与电子科学学院专业：物理学 班级：2009 级指导老师：孙卫真老师上课时间：20112012 年度第一学期双棱镜干涉现象的研究分波面法【摘要】：双棱镜实验是与杨氏双缝干涉实验不同的另一种分波阵面干涉实验。在双棱镜干涉现象的实验中，干涉条纹的条纹数与双棱镜到缝光源的距离有关，在实验的过程中，发现当双棱镜到缝光源的距离减小时，条纹数的数目也在减少。【关键词】：干涉条纹、双棱镜、距离一、引言在历史上，光的干涉实验曾经是确定光具有波动性的判据，由于这类实验的历史功绩，以及这类实验提供了一种用极简单的仪器测量光的波长的方法，虽然精度不高，但从教学角度考虑，足以帮助学生认识光的波动性质，因而成为传统的物理实验项目。 二、实验原理双棱镜可看作是有两个折射棱角 很小（小于1）的直角棱镜底边相接而成。借助于双棱镜可使从光源S发出的光的波阵面沿两个不同方向传播。相当于虚光源S 1及S 2发出的两束相干光。在两束光交迭空间的任何位置上将有干涉发生，在该区域内可以接受并观察到干涉条纹。 双棱镜干涉条纹间距的计算方法，与扬氏双缝干涉的计算方法相同。在图2中，若S 1和S 2发之间的距离为d，S至观察屏的距离为D （当用测微目镜代替屏进行观察时，则为S至目镜的可动分划板间的距离），P o为屏上与S 1及S 2等距离的点，在该点处两束光波的光程差也为零，因而两波相互加强而成零级的亮条纹。在P o点的两边还排列着明暗相间的干涉条纹。 二、干涉条纹的实验调节将点光源的波阵面分割为两部分，使之分别通过两个光具组，往反射、折射、或衍射反交迭加起来，在一定区域形成干涉。由于波阵面上任一部分间可看作新光源，且同一波阵面的各个部分有相同的位相，所以被分离出来的部分波阵面可看作初相位相同的光源，不论点光源的位相改变的如何快，这些光源的初相位差事恒定的。在做实验之前，要做的第一件事就是调节缝光源的宽度和双棱镜到缝光源之间的距离。只有当缝光源的宽度和双棱镜到缝光源的距离适当的时候，通过目测显微镜可以观察到清晰的、明暗相间的条纹。在实验的时候发现，要很快地能让双棱镜产生清晰的干涉条纹，缝的宽度要适中，太大了，无法产生干涉条纹；太小了，看不清晰;在调节双棱镜的时候，一定要保持双棱镜的竖直。三、干涉条纹的数目的推导公式在如下的装置图中进行实验： L2D1D为了研究的方便，我们将双棱镜放大如下图所示：AABD在上图所示的光路图中，以 BD 所在的面为入射的界面，则 A 为入射角， 为折射角，由折射定律可知：nsinA=sin 其中 n 为双棱镜的折射率， =A+ 。所以有：nsinA=sin(A+ )=sinAcos +cosAsin由于角 A 和 都很小，所以 sinAA,cos 1,cosA1则上述的公式可以转化为：nA=sin +A由于 很小，则 sin tan 而 tan = = 2DL1d干涉的条纹数为 N：L=NX(X 为条纹的宽度)有以上的、可以推导得：(n-1)A= 2DX= 1d2N四、用实验的方法来验证推导公式实验目的：通过双棱镜形成干涉条纹，然后再验证条纹数与双棱镜到缝光源之间的关系。实验器材：光具座、钠光灯、单缝、双棱镜、测微目镜等。实验的步骤： 调节缝的宽度和双棱镜到缝光源的距离，使之产生清晰的干涉条纹。 改变 的大小，数出条纹的数目，然后记录数据。2D 然后再改变 的大小，同样的数出条纹的数目，然后记录数据。1三、实验的记录实验中，记录的结果如下：N/(条) /(cm)2D28 (45.85-28.45)=17.4028 (44.98-28.45)=16.5328 (42.42-28.45)=13.9728 (38.65-28.45)=10.2028 (36.69-28.45)=8.24实验中，记录的结果如下：N/(条) /(cm)1D42 (50.00-28.45)=21.5539 (47.25-28.45)=18.8034 (44.55-28.45)=16.1028 (41.25-28.45)=12.8022 (38.05-28.45)=9.60五、实验分析及结果由上述的实验可以知道，当在中其它的条不变，改变了 的大小时，2D发现条纹的数目并没有改变。由此可知，条纹的数目与 无关。当在改变 时， 也在改变，但由上述的结论可知 不影响条纹的数1D2 2目。在其它条件不变的情况下，改变了 的大小，发现条纹的数目在改变，1D而且随 的减小而减少。1六、心得体会通过这次光学探究性试验，我深深体会到小组合作的必要性。起初拿到这个题目时，感觉很简单，但是在做实验的过程中，我体会到虽然我们的实验简单，但是要想调试出好的干涉图样，就一定要有耐心，要慢慢去调节，俗话说：心急吃不了热豆腐。通过这次试验，我体会到了这句话的含义。看到自己调试出的干涉图样，我心里很高兴，这是我和搭档的配合下调试出的图样，我们自己动手完成了这次设计性实验，学到了很多东西。在此，我要感谢我的搭档范华焜、梁金荣、姜国恒，感谢他们对我的支持和信任，感谢他们在试验过程中的辛苦付出。另外，还要特别感谢孙卫真老师给我们的支持！