微小线径的测定

评分：

大学物理实验设计性实验

实 验 报 告

实验题目：

微小线径的测定

班 级： 姓 名： 指导教师：

机电08-1

李景文

学号：

24

徐祥福

茂名学院 物理系 大学物理实验室

实验日期：2009年12月2日

《微小线径的测定》实验提要

课题的提出和依据

微小线径的测量在现代科学中有很多的测量方法，但都可以归结为，有直接测量和间接测量两类。在普通物理中，直接测量常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测量常采用的方法如：干涉法、衍射法等。对于0.01mm以下的线径用千分尺和常用的读数显微镜来测量就显得无能为力了，通常采用间接测量的方法。头发对每一个人来说都不陌生，但有谁能说出自己的头发的直径是多少？本课题要求设计一种测量自己头发直径的方法，通过实验加以验证。 实验课题及任务

《微小线径的测定》实验课题的任务是，利用光的的干涉、衍射(波动性)现象及其理论，设计出一种实验方法，根据干涉、衍射的花样测量出自己头发的直径。

学生根据自己所学知识，设计出《微小线径的测定》的整体方案，内容包括：(写出实验原理和理论计算公式；选择测量仪器；研究测量方法；写出实验内容和步骤。)然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

本实验题目要求开光学课程的各专业必选，可以有三至四组选，但是每组的方法或采取的手段应不同。建议电子专业的有四组选择该实验，给专业光学实验打基础。 实验原理提示

⑴ 衍射法 根据巴俾涅(Babinet)原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形

?状和光强完全相同，仅位相差为”。可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同

2的，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。

狭缝或细丝衍射的光强I的分布，由物理学知道：

I?I0(式中：??sin2??2)

??dsin? ；?为衍射角；d是狭缝宽度或细丝直径；?是单色光源波?长(激光光源波长)I0是??0时的光强，即光轴上的光强度。

当 ??0,??,?2?,?3?,???????n? 处将出现光强为零的条纹，即I0?0的暗条纹。测量出暗条纹的位置以及对应的暗条纹的级数，就可以根据上面公式计算出细丝直径d。

衍射法可以用细丝衍射法(和狭缝衍射互补)，还可以用圆斑衍射法(和小孔衍射互补)。这两种衍射方法都需要制作衍射屏，但前者制作衍射屏比后者容易。

⑵ 干涉法 利用空气劈尖的形成干涉条纹，根据劈尖干涉的原理和计算公

式，测量出条纹的距离等参数计算出细丝直径d。 设计要求

⑴ 通过在实验室观察干涉(“劈尖”等厚干涉)、衍射(细丝衍射)现象，选择其中一种方法，制定出实验方案。

⑵ 画出实验原理图，绘制出光路图，通过对光路图的分析，找出头发直径与光路图中的那些物理量(即待测量的物理量)有关，根据干涉、或衍射理论及相关公式推导出计算公式，写出该实验的实验原理。(注：这一步是本实验的关键所在，得先到实验室观察实验现象，通过实验现象的观察，绘制出光路图，分析论证，找出规律，才能写出实验原理。)

⑶ 根据实验原理写出实验内容，设计出实验步骤，要具有可操作性。 ⑷ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。 实验仪器的选择及提示

⑴ 干涉法：读数显微镜；钠灯；平板玻璃两块；头发丝(自带)；也可以自制辅助器件。

⑵ 衍射法： 氦氖激光器； 自制衍射屏(头发丝固定在支架上)； 米尺(三米以上较好)； 光屏(可以自制，也可以利用实验室条件)； 也可以自制辅助器件。 可以用透镜，也可以不用，推荐不用透镜。

微小线径的测定

实验目的：

1． 观察等厚干涉现象及其特点。

2． 通过实验进一步加深对等厚干涉原理理解。 3． 练习用干涉法测量微小直径。

4． 熟悉读数显微镜的结构原理，学会它的调节和使用方法。

实验仪器：

读数显微镜、钠灯、平板玻璃两片、头发丝

实验原理：

将两块光学平面玻璃板迭在一起，在一端插入头发丝线（或薄片等），则在两玻璃板之间形成一空气劈尖。D为细丝的直径，L为玻璃片长度，?为两玻