1、雙棱鏡實(shí)驗(yàn)利用菲涅爾雙棱鏡可以獲得兩束相干光以實(shí)現(xiàn)光的。雙棱鏡實(shí)驗(yàn)和雙平面反射鏡實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)一起，在確立光的波動(dòng)學(xué)說(shuō)的歷史過(guò)程中起了重要作用。同時(shí)它也是一種用簡(jiǎn)單儀器測(cè)量光波波長(zhǎng)的主要元件。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 學(xué)會(huì)利棱鏡測(cè)量光波波長(zhǎng)的。2 學(xué)習(xí)和鞏固調(diào)整光路的一些基本知識(shí)和。【實(shí)驗(yàn)原理】利用光的現(xiàn)象進(jìn)行光波波長(zhǎng)的測(cè)量，首先要獲得兩束相干光，使之重疊和形成。條紋的空間分布既和條紋與相干光源之間的相對(duì)位置有關(guān)，又與光波波長(zhǎng)有關(guān)，從它們之間的式就能測(cè)出光波波長(zhǎng)。能發(fā)出相干光束的光源稱(chēng)為相干光源。本實(shí)驗(yàn)中利棱鏡獲得相干光束。如圖 4.6.1所示，由狹縫 S 發(fā)出的光經(jīng)雙棱鏡 B 折射后，形成兩束猶如從虛光源

2、 S1 和 S2 發(fā)出的頻率相同、振動(dòng)方向相同、并且在相遇點(diǎn)有恒定的相位差的相干光束。它們?cè)诳臻g傳播時(shí)有一部分彼此重疊而形成場(chǎng)（圖中斜線較密的區(qū)域）。如果將一屏幕 P 置于場(chǎng)中的任何地方，則在屏幕 P 上的 bc 區(qū)域會(huì)出現(xiàn)明暗相間的條紋。因?yàn)閳?chǎng)范圍比較窄，條紋的間距也很小，所以要用測(cè)量顯微鏡或測(cè)微目鏡來(lái)觀測(cè)。如圖 4.6.2 所示，設(shè) S1 及 S2 是雙棱鏡 B 所產(chǎn)生的兩相干虛光源，其間距為 l，屏幕到S1S2 平面的距離為 d0。若屏上的 P0 點(diǎn)到 S1 和 S2 的距離相等，則 S1 和 S2 發(fā)出的光波到 P0的光程也相等，因而在 P0 點(diǎn)相互加強(qiáng)而形成明條紋。設(shè) S1 和S2

3、到屏上任一點(diǎn) Pk 的光程差為 ，Pk 與 P0 的距離為 xk，則當(dāng) l<<d0 盒 xk<<d0時(shí)可得到D= xk ld0當(dāng)光程差為半波長(zhǎng)的偶數(shù)倍時(shí)，即滿足D = ±2k l = ±kl2條件時(shí)得到了明條紋。由式 及式 可得x =± kl dk0l由式 可看出，相鄰亮明條紋的間距是x- x = d0 (k + 1 - k )l = d0 lk +1kll于是ll =X d0對(duì)暗條紋也可得到同樣結(jié)果。利用式 可以測(cè)量光波波長(zhǎng) 。【實(shí)驗(yàn)任務(wù)】測(cè)出 X、l 和 d0，求出鈉求出相對(duì)偏差（-D）/D。的波長(zhǎng) 并與鈉波長(zhǎng)的已知值 D=589.3n

4、m 比較，【實(shí)驗(yàn)】1 調(diào)節(jié)共軸實(shí)驗(yàn)在光具座上進(jìn)行（光學(xué)元件的布局、間距參照?qǐng)D 4.6.3）為了使鈉光燈、狹縫 S、雙棱鏡 B、凸透鏡 L 及測(cè)微目鏡 M 共軸，應(yīng)分步調(diào)整：（1） 先調(diào)光源和狹縫的位置，使鈉光燈正對(duì)并均勻照亮整個(gè)狹縫，狹縫應(yīng)盡量靠近鈉光燈，二者中心應(yīng)等高。狹縫應(yīng)垂直于光具座的導(dǎo)軌。（2） 加入透鏡和屏，使狹縫中心與透鏡 L 的主光軸共軸，并使主光軸平行于導(dǎo)軌。（3） 加入雙棱鏡 B，使 B 的棱脊中點(diǎn)大致在透鏡光軸上，此時(shí)在屏上可看到兩個(gè)平行的狹縫像，進(jìn)一步調(diào)節(jié)使棱脊與狹縫平行并通過(guò)透鏡光軸。若屏上出現(xiàn)兩個(gè)強(qiáng)度相同（表明棱脊通過(guò)了透鏡光軸）、且等高并列的狹縫像（表明棱脊平行于狹

5、縫），如旁左圖所示，即達(dá)到要求。如出現(xiàn)旁右圖所示狹縫像，則表明棱脊不平行于狹縫。（4） 用測(cè)微目鏡 M 代替屏并使它與透鏡 L 共軸。2 調(diào)節(jié)出清晰的條紋調(diào)好共軸后，取下透鏡 L，則可在測(cè)微目鏡中看到條紋。若此事看不到條紋但有一明亮的區(qū)域，則可能使狹縫太寬或雙棱鏡的棱脊未與狹縫平行，則應(yīng)作相應(yīng)調(diào)節(jié)直到出現(xiàn)清晰條紋為止（調(diào)解狹縫棱及時(shí)為方便操作，可以使測(cè)微目鏡距雙棱鏡近一些，邊觀察條紋邊調(diào)整棱脊，調(diào)出清晰的條紋后再把測(cè)微目鏡移元到預(yù)定的位置）。3 測(cè)量（1）用測(cè)微目鏡測(cè) X。測(cè)量中應(yīng)使活動(dòng)分劃板移動(dòng)方向與條紋垂直，并注意避免引入空程。為提高測(cè)量精度可用逐差法處理數(shù)據(jù)。相繼測(cè)出第 1 至 6 以及

6、第 21 至 26 各條紋的位置，從而求出 X。（2） 測(cè)量?jī)商摴庠吹拈g距 l。可利用以凸透鏡使虛光源成實(shí)像在測(cè)微目鏡的叉絲平面上， 測(cè)出兩實(shí)像距離 l，重復(fù) 6 次取平均值（為了能看清狹縫像，可適當(dāng)放寬狹縫寬度并利用小圓孔做光闌加在透鏡框上以提高成像質(zhì)量）。（3） 確定測(cè)微目鏡的叉絲平面位置。以 代替測(cè)微目鏡，移動(dòng)屏，使屏上呈清晰的雙縫像，屏 P 的位置，重復(fù) 6 次取平均值。注意整個(gè)測(cè)量過(guò)程中，測(cè)微目鏡的位置應(yīng)固定，不能改變。這樣測(cè)微目鏡叉絲平面的位置才有確定值。（4）狹縫位置 S 與狹縫支桿 S相距 w，在計(jì)算 d0 和a 時(shí)不能將它忽略。4 計(jì)算由公式l =a l¢Xd0 b

7、的已知波長(zhǎng)值 D=589.3nm 比較。計(jì)算 ，并且與鈉【數(shù)據(jù)表格】1 測(cè) X雙棱鏡編號(hào)C3；測(cè)微目鏡編號(hào) 9979（QCJ2 型）。X= 0.1487mm。2 測(cè)透鏡位置透鏡編號(hào)3；f 凸= 31.0cm。L=47.80cm。3 測(cè) l測(cè)量次數(shù)123456凸透鏡位置 L/cm47.9547.6247.7447.8847.7947.84條紋序號(hào)123456條紋位置/mm1.3611.5311.6611.821.952.08條紋序號(hào)212223242526條紋位置/mm4.3444.5054.6264.7854.9345.04820X/mm2.9832.9742.9652.9652.9842.9

8、68l=2.514mm。4 確定叉絲平面位置P= 5.85 cm；雙棱鏡的位置 B= 88.5 cm；狹縫支架的位置 S= 170cm； 支架至狹縫的距離 w= 1.5cm。故由公式l =a l¢ =Xd0 b測(cè)量次數(shù)123456屏的位置 P/cm5.925.725.805.915.895.88測(cè)量次數(shù)123456兩狹縫像 d1/mm6.7816.7836.7916.7846.7886.785位置讀數(shù) d2/mm4.2664.2684.2754.2624.2804.282l'/mm2.5152.5152.5162.5262.5082.503【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)及心得】1 在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中測(cè)微目鏡的位置應(yīng)當(dāng)是固定的，不能改變，否則就需要重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。因?yàn)闇y(cè)微目鏡的平面叉絲的位置才有確定的值；2. 在看清狹縫像的時(shí)候可以將光闌裝在透鏡上以防止透鏡的邊緣效應(yīng)對(duì)于成像造成影響；3. 在眼鏡進(jìn)行觀察的時(shí)候記得在光源之后加上偏正片以削弱激光的強(qiáng)度，保護(hù)眼睛；4. 在確定叉絲平面的位置的時(shí)候由于不好確認(rèn)是否屏上的是最清晰的像，還可采用大致估算屏上兩像之間的距離看是否與5 實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)是很關(guān)鍵的，如果不是很預(yù)習(xí)就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，此次