GSZ-2B 型 光学平台（26 例实验）使用说明书 GSZ-2B 型光学平台可供大专院校普通物理实验课开设光学实验使用。本说明书举例说明的 26 项实验涵盖了几何光学、波动光学和信息光学比较重要的基础课题，大部分有测量要求，少部分限于观察现象。各实验所需学时长短不一，教师可按教学要求搭配实验容，组织实验课教学。
主要技术参数和规格：
平台尺寸 mm 标称重量 kg 台面距地高度 cm平台 桌子 1200×800×120 1500×1000×130 1800×1000×150 110 192.5 242.5 61 100 140 91 92 94 隔震导磁台面不平度：＜0.05mm 附件一览表：
名 称 数量 备 注 名 称 数量 备 注 三维平移底座 1 菲涅耳双镜 1 二维平移底座 2 三棱镜(60 o)1 升降调节座 2 反射光栅(1200 L/ mm)1 30×30 通用底座 5 透射光栅(20 L/ mm)1 旋转透镜架 2 正交光栅(50 L/ mm)1 二维架 2 网格字 1 透镜架 2 微尺分划板 1/10 mm 1 延伸（过渡）架 1 毫米尺(l=30 mm)1 带毛玻璃 光栅转台 1 θ 调制板 1
名 称 数量 备 注 名 称 数量 备 注 干版架 2 劳埃德镜 1 白屏 1 偏振片 2 物屏 1 多孔板 1 载物台 1 1/4 波片(λ =632.8 nm)1 测微狭缝 2 双棱镜 1 测节器（节点架）1 幻灯片 1 正像棱镜 1 频谱滤波器、零级滤波器 1 2 种 带三角架标尺 1 落地式 小工艺品 1 全息用 测微目镜架 1 牛顿环 1 双棱镜调节架 1 45°玻璃架 1 激光器架 1 双缝 1 光学测角台 1 白板（70×50 mm）1 冰洲石镜 1 透光十字 1 方形毛玻璃架 1 白光源(12 V35 W)1 纸架 1 汞灯(20 W)1 透镜(f =4.5、6.2mm)各 1 扩束器 钠灯(20 W)1 目镜和物镜 各 1 f= 29、105mm 氦氖激光器(1.5-2 mW)1 透镜(f =45、50、70、150、190、225、300、－100mm)各 1 读数显微 1 球 面 镜(f = 500 mm)1 全息干版 1 平面镜(φ 36×4)2 气室、血压表和橡胶球 1 分束器(φ30×4)2 7:3,5:5（个别附件变动，恕不另行通知）仪器的维护与保养:
1 所有光学玻璃器件应注意保持清洁，避免各种污染。若落上灰尘，可用洗耳球、软毛刷除尘，用细绒布擦净。有指纹、污渍应用脱脂棉浸少量乙醇乙醚混合液（7:3）擦掉。在潮湿季节应特别加强保护。
2 机械结构的转动和滑动部位可酌加少量润滑油。平台上宜涂擦极薄的一层机油，以利保护表面。
实验举例：
1 用自准法测薄凸透镜焦距………………………………………………………4 2 用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距…………………………………5 3 由物象放大率测目镜焦距………………………………………………………7 4 由物距－像距法测凹透镜焦距…………………………………………………9 5 透镜组节点和焦距的测定………………………………………………………10 6 自组投影仪………………………………………………………………………12 7 测自组望远镜的放大率…………………………………………………………13 8 自组带正像棱镜的望远镜………………………………………………………15 9 测自组显微镜的放大率…………………………………………………………16 10 氏双缝实验……………………………………………………………………18 11 菲涅耳双棱镜干涉………………………………………………………………20 12 菲涅耳双镜干涉…………………………………………………………………21 13 劳埃德镜干涉……………………………………………………………………23 14 牛顿环……………………………………………………………………………25 15 用干涉法测定空气折射率………………………………………………………27
16 夫琅禾费单缝衍射………………………………………………………………30 17 夫琅禾费圆孔衍射………………………………………………………………33 18 菲涅耳单缝和圆孔衍射…………………………………………………………34 19 直边菲涅耳衍射…………………………………………………………………36 20 光栅衍射…………………………………………………………………………37 21 光栅单色仪………………………………………………………………………40 22 偏振光的产生和检验……………………………………………………………42 23 全息照相…………………………………………………………………………47 24 制做全息光栅……………………………………………………………………50 25 阿贝成像原理和空间滤波………………………………………………………53 26 θ 调制……………………………………………………………………………58 1 用自准法测薄凸透镜焦距 实验原理 光的可逆性原理：当光线的方向返转时，它将逆着同一路径传播。依此原理可测量薄凸透镜的焦距。
当物屏在焦点或焦平面上时，经透镜后光是平行光束，经平面镜反射再经透镜后成像于原物处。因此，物屏到透镜中心的距离就是透镜焦距 f。
实验装臵（图 1-1）1：白光源 S（GY-6）6：二维架(SZ-07)2：物屏 P（SZ-14）7：二维平移底座(SZ-02)3：凸透镜 L（T-GSZ-A10，f ′=190 mm）8：三维平移底座(SZ-01)4：二维架（SZ-07）9：通用底座（SZ-04）5：平面镜 M（T-GSZ-A16）10：通用底座（SZ-04）
图 1-1 实验步骤 1）参照图 1-1，沿米尺装妥各器件，并调至共轴； 调共轴方法（粗调）：先将透镜等光学器件向光源靠拢，调节高低，凭目视 使光源、物屏中心、透镜光心、像屏的中央大致在一条与平台平行的直线上。
2）开启光源，照明物屏，移动 L 和 M，直至在物屏上获得镂空图案的倒立实像（白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀，明显）； 3）调节平面镜 M 和凸透镜 L 的俯仰和左右并前后微动 L，使在物屏上看到最清晰 且与物屏图案等大倒立的实像（充满同一圆面积）； 4）分别记下 P 和 L 的位臵 a 1、a 2 ； 5）将 P 和 L 都转 180 0 之后（不动底座），重复做前 4 步； 6）记下 P 和 L 新的位臵 b 1、b 2 ； 7）计算：
1 2,a a f a ； 1 2,b b f b 2)(, ，b af ff 2 用贝塞耳法（两次成像法）测薄凸透镜焦距 实验原理
若保持物屏 P 与像屏（白屏 H）之间的距离 l 不变且 l>4f ,沿光轴方向移动透镜，可以在像屏上观察到两次成像：一次成放大的倒立实像，一次成缩小的倒立实像。在两次成像时透镜移动的距离为 d ,则不难得出透镜的焦距为 2 24l df"l 实验装臵（图 2-1）1：白光源 S（GY-6）5：白屏 H（SZ-13）2：物屏 P(SZ-14)6：二维平移底座（SZ-02）3：凸透镜 L(T-GSZ-A10，f =190 mm)7：三维平移底座（SZ-01）4：透镜架(SZ-08)8－9：通用底座（SZ-04）图 2-1 图 2-2 实验步骤 1）按图 2-1 沿米尺布臵各器件并调至共轴，再使物屏与白屏距离 f l 4 ； 2）开启光源，将透镜 L 紧靠物屏 P，慢慢的向白屏 H 移动，使被照亮的物屏图案在白屏上成一清晰的放大像，记下 L 的位臵 a 1、物屏 P 和白屏 H 间的距离 l ；（白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀，明显）； 3）再移动 L，直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下 L 的位臵 a 2 ； 4）将 P、L、H 转 180 0（不动底座），重复做前 3 步，又得到 L 的两个位臵 b 1、b 2 ；
5)计算：
1 2a a d a ； 1 2b b d b 2 24aal dfl ； 2 24bbl dfl 待测透镜焦距：2a bf ff 3 由物像放大率 测目镜焦距 实验原理 透镜组、目镜、物镜等几个透镜的组成，测量它们的焦距不能直接使用物像公式法。对于组合透镜，如图：
M—微尺分划板（1/10mm），Le—待测目镜，Me—测微目镜 假设物距为（-s），像距为s′,并且测得M板的物宽为y，Me目镜测得像宽为y′,由横向放大率的定义：
y" s"my s ……①
如果物由一个位移△ s，对应的像的位移为△ s′，由轴向放大率的定义：
s"αs△△ ……② 由纵向放大率和横向放大率的关系：2= ="α m△s△s ……③ 对①微分得：
s"s"msm△△△ ……④ 由物像公式1 1 1f" s" s 得：s"f"m-△△ 2 1 s" s " s" △—像的位臵改变 2 1 m m m △—横向放大率的改变 因此，只要测出像的位臵改变及横向放大率的改变就能得到目镜或组合透镜的焦距。
实验装臵（图 3-1）1：白光源 S（GY-6）7：测微目镜架（SZ-36）2：1/10 微尺分划板 M(T-GSZ-A27)8：测微目镜 Me(XW-1)3：双棱镜架（SZ-41）9：二维平移底座（SZ-02）4：延伸架(SZ-09)10：二维平移底座（SZ-02）5：待测目镜 Le（GSZ-2B-02,e" f =29mm）11：升降调节座（SZ-03）6：透镜架(SZ-08)12：通用底座（SZ-04）图 3-1 实验步骤 1）按图 3-1 沿米尺安排各器件，并调节共轴； 2）开启光源，将 M、Le、Me 紧靠在一起然后让 M、Me 逐渐远离 Le，直至在测微目镜中看到清晰的微尺放大像，并与 Me 分划板无视差；
3）测出 1/10 mm 微尺刻线的像宽，求出其放大倍率 m 1，并分别记下 Me 和 Le 的位臵 a 1、b 1 ； 4）把 Me 向后移动 30-40 mm，并缓慢前移 Le，直至在测微目镜中又看到清晰的与 ME 分划板刻线无视差的微尺放大像； 5）测出新的像宽，求出放大率 m 2，记下 ME 和 Le 的位臵 a 2、b 2 ； 6）计算：
m x =像宽 / 实宽； 象距改变量：s=(a 2 － a 1)+(b 1 － b 2)待测目镜焦距 f ′= s /（m 2 － m 1）4 用物距－像距法测凹透镜焦距 实验原理 直接测量凹透镜的物距、像距难以两全。我们只能借助于凸透镜成一个倒立缩小的实像作为凹透镜的虚物，虚物的位臵可以测出。凹透镜能对虚物成一实像，实像的位臵可以测出。
这样一来，就可以用公式 1 1 1u v f 求出凹透镜焦距。
实验装臵（图 4-1）1：白光源 S（GY-6）7：像屏 P 2（SZ-13）2：物屏 P 1(SZ-14)8：普通底座（SZ-04）3：凸透镜 L 1(T-GSZ-A08, 70mm f )9：升降调节座（SZ-03）4：透镜架（SZ-08）10：升降调节座（SZ-03）
5：凹透镜 L 2(T-GSZ-A39, 100mm f )11：普通底座（SZ-04）6：透镜架(SZ-08)12：普通底座（SZ-04）图 4－1 图 4－2 实验步骤 1）按图 4-1 沿米尺安排各器件，并调节共轴； 2）开启光源,使被面光源照亮的物屏 P 1 通过凸透镜 L 1 在像屏 P 2 上成清晰像时，P 1 与 P 2 的距离稍大于凸透镜焦距的 4 倍。记下 L 1 和 P 2 在导轨上的位臵读数（白光源自身携带毛玻璃，使用毛玻璃可使图案更加均匀，明显）。
3）在凸透镜和像屏之间加入待测的薄凹透镜 L 2，调同轴，向稍远处移动像屏，直至屏上又出现清晰的像（参见图 4-2）。记下 L 2 和像屏 P 2 ′的位臵读数。
4）以 L 2 P 2 ′距离为物距 u ，以 L 2 P 2 距离为像距 v，将数值代入式 1/ 1/ 1/ u v f ，计算被测透镜的焦距。
5 透镜组节点和焦距的测定 实验原理 节点定义为轴上角放大率等于 1 的共轭点。物方节点记作 N，像方节点记作 N′。节点的物理意义在于通过它的任意共轭光线方向不变（图 5-1 u u ）。
当物方和像方处在同一光学介质中，主点和节点是重合的。在这种情况下，双方焦距相等，横向放大率1yVy 的 地 方 也 是 角 放 大 率tan1tanuMu 的地方。由于这个性质，将光学系统绕像方节点转动，平行光束所成的像点将不发生位移。因此，这是确定厚透镜或透镜组节点（主点）的一种实验方法。
实验装臵（图 5-2）1：白光源 S（GY-6）7：测节器(SZ-28)2：毫米尺(T-GSZ-A22)8：白屏(SZ-13)3：双棱镜架（SZ-41）9：二维平移底座（SZ-02）4：物镜 L o(T-GSZ-A09,of =150 mm)10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架(SZ-08)11：升降调节座（SZ-03）6：透镜组 L 1、L 2(T-GSZ-A12,1f =300 mm； 12：升降调节座（SZ-03）T-GSZ-A10,2f =190 mm)13：通用底座（SZ-04）A B y A′ B′ y′ H H′ N′ u u′ x x′ f f′ s s′ `N 图 5-1
图 5-2 实验步骤 1）参照图 5-2，先调节毫米尺与准直物镜 L o 的距离为 150mm，使通过 L o 的光束为平行光束。
2）加入节点架和白屏，调共轴，同时移动白屏，找到毫米尺的清晰像。
3）沿节点架导轨前后移动透镜组 L 1、L 2，同时相应地前后移动白屏，直到节点架绕轴作不大的转动时，白屏上面的毫米尺像无横向移动为止（此时像方节点 N′即在节点架的转轴上）。
4）分别记下白屏和节点架在米尺导轨上的位臵 a 和 b，并从节点架导轨上记下透镜组中间位臵（有标线）节点架转轴中心的偏移量 d。
5）将测节器转动 180°，重复 3、4 两步，测得另一组数据 a′、b ′、d′。
数据处理 A、像方节点偏离透镜组中心的距离为 d 透镜组的像方焦距f =a-b 物方节点 N 偏离透镜中心的距离为d 透镜组的物方焦距 f a b B、用 1：1 的比例画出被测透镜组及其各种基点的相对位臵。
6 自组投影仪 实验原理 投影仪的主要部分是一个会聚的投影镜头（放映物镜 L 2），将画片（幻灯片 P）成放大的实像于屏幕上（见光路图 6-1）。物镜到像平面的距离 v 2 比物镜焦距 f 大很多，所以幻灯片总在其物方焦面的附近，物距 u 2 ≈f，因而放大率 V=-v 2 /u 2 ≈-v 2 /f，它与像距 v 2 成正比。
实验装臵（图 6-1）1：白光源 S（GY-6）8：白屏 H（SZ-13）2：聚光透镜 L 1（T-GSZ-A07, 1f =50 mm）9：通用底座（SZ-04）
3：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）4：幻灯片 P（HDP）11：升降调节座（SZ-03）5：干版架（SZ-12）12：二维平移底座（SZ-02）6：放映物镜 L 2（T-GSZ-A10, of =190 mm）13：通用底座（SZ-04）7：透镜架（SZ-08）图 6-1 实验步骤 1）按图 6-1 排光路，调共轴。
2）使 L 2 与 H 相距约 1.2 m（对较短平台，可用白墙代屏）前后移动 P，使其在 H 上成一清晰放大像。
3）使 L 1 固定在紧靠幻灯片 P 的位臵，取下 P，前后移动光源，使其成像于 L 2 所在平面。
4）重新装好幻灯片，观察屏上像的亮度和照度的均匀性。
5）取下 L 1，观察像面亮度和照度均匀性的变化。
放映物镜焦距和聚光镜焦距的选择 放映物镜：22 2(/(1))f M M D 聚光镜：21 2 2 1/(1)[ /(1)] 1/ f D M D M D 其中：2 2 2 1 1 1;D U V D U V M 为像的放大率。
7 测 自组望远镜的放大率 实验原理 望远镜由物镜和目镜组成，物镜的焦距大于目镜的焦距，组成特点是两透镜的光学间隔近乎为零，物镜和目镜都是会聚透镜的为开普勒望远镜（如图 7-2）。
图 7-1 望远镜视角放大率（放大本领）定义为：
Г =-U"/U U——物对物镜的视角，U’——最后像对目镜的视角 因望远镜的光学间隔，通过计算可得：0 eГ =-f "/f " 测量时，测出未经望远镜放大的标尺上两个红色指标间的“E”字间距d1（d 1 =5cm），再通过望远镜测出对应的间距d2，则望远镜的测量放大率2 1Г =-d /d 如果标尺在有限距离（物距）s处，则测量放大率应为0ss+ fГ" = Г" 实验装臵（图 7-2）1：标尺(SZ-33)5：透镜架（SZ-08）2：物镜 L o（T-GSZ-A11,of =225 mm）6：三维平移底座（SZ-01）3：透镜架（SZ-08）7：二维平移底座（SZ-02）4：目镜 L e（T-GSZ-A06,ef =45 mm）
图 7-2 实验步骤 1）按图 7-2 组成开普勒望远镜，向约 3 m 远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的“E”字（距离 d 1 =5 cm）； 2）用另一只眼睛直接注视标尺，经适应性练习，在视觉系统获得被望远镜放大的和直观的标尺的叠加像，再测出放大的红色指标直观标尺的长度 d 2 ； 3）求出望远镜的测量放大率21Γdd ，并与计算放大率oeff作比较； 注：标尺放在有限距离 S 远处时，望远镜放大率 " Γ 可做如下修正：0SS f 当 S′＞100of 时，修正量 1oSS f 8 自组带正像棱镜的望远镜 实验原理 本实验自组的望远镜属于开普勒式望远镜，其原理由两个凸透镜构成。由于两者之间成一个实像，可方便的安装分划板，但这种结45° 45° 45° 90° 90° 图 8-1
构成像是倒立的，如果想要观察到正像，可以借助正像棱镜系统。
正像棱镜系统如图8-1，两块45 0-90 0 棱镜组合而成，又称组合泊罗棱镜，从图中光束箭头走向可说明图像的翻转过程。
实验装臵（图 8-2）1：标尺(SZ-33)6：目镜 L e（T-GSZ-A06,ef =45 mm）2：物镜 L o（T-GSZ-A11,of =225 mm）7：透镜架（SZ-08）3：透镜架（SZ-08）8：二维平移底座（SZ-02）4：正像棱镜系统(SZ--30)9：升降调整座（SZ-03）5：干版架（SZ-12）10：二维平移底座（SZ-02）图 8-2 实验步骤 1）参照图 8-2，沿平台米尺先组装不加正像棱镜的望远镜（物镜和目镜间距约为 270mm），并对位于光轴上的约 3 m 远处的标尺调焦，认清该尺所成的倒像。
2）按图 8-2 所示，在 Lo 的像面前方安臵正像棱镜 ＊，并相应调节目镜高度，找到标尺的正像。
9 测自组显微镜的放大率 实验原理 物理实验中常用的移测显微镜（读数显微镜）也有一个由目镜和物镜组成的共轴光学系统，它通常由 4 片以上透镜组成的系统，可以简化成两个凸透镜组成的放大光路（图 9-3）。
被观察的物体 AB 放在物镜 L O 的物方焦点 F O 的外侧附近，先经 L O 成放大实像1 1A B 于目镜物方焦点 F E 侧附近，再经目镜 L E 成放大虚像 A B 于明视距离以外。
图 9-1 显微镜的视角放大率 M 其中 为物 AB 在明视距离处所视角，即0/ y s ， 为放大虚像 A B 所的视角，与1 1AB 所视角一样，故有 0 1 10//EEs y f yMy s y f 式中1 / Oy y V ，是物镜的横向放大率；0EEsMf 是目镜的视角放大率。
经过变换可得显微镜视角放大率 0O EsMf f 式中负号表示像是倒立的。
实验装臵（图 9-2）1：低压钠灯 S(GY-5B)9：毫米尺 M 2（T-GSZ-A22）2：1/10 mm 微尺 M 1（T-GSZ-A27）10：双棱镜架（SZ-41）3：二维架（SZ-07）11：升降调节座（SZ-03）4：物镜 L o（T-GSZ-A06,of =45 mm）12：三维平移底座（SZ-01）5：透镜架（SZ-08）13：二维平移底座（SZ-02）A B B′ A′ A 1 B 1 －y 1 L O L E F 0 ′ F 0 F E F E ′ －ω′ －ω′ y
6：透镜架（SZ-08）14：升降调节座（SZ-03）7：目镜 L e（GSZ-2B-02,ef =29mm）15：白光源（GY-6）（图中未画）8：
45°玻璃架（SZ-45）图 9-2 实验步骤 1）参照图 9-2 和 9-3 布臵各器件，调等高同轴； 2）将透镜 L O 与 Le 的距离定为 24 cm； 3）沿米尺移动靠近光源微尺 M 1，从显微镜系统中得到微尺清晰的放大像； 4）在 Le 之后臵一与光轴成 45 ° 角的玻璃架(SZ-45)，距此玻璃架 25 cm 处，放臵一白光源（图中未画出）照明的毫米尺 M 2 ； 5）微动物镜前的微尺，消除视差，读出未放大的 M 2 30mm 所对应的 M 1 的格数 a； 显微镜的测量放大率aM10 30 ；显微镜的计算放大率25"o eMf f 图 9-3
10 氏双缝实验 实验原理 氏双缝干涉原理如下图：
s—单缝 s 1 s 2—双缝 P—观察屏 如果 s 在 s 1 s 2 中心线上，则可以证明双缝干涉的光程差 2dx=dsin =l1 △=-θ r r 式中 d 为双缝间距，θ 为衍射角，l 为双缝至观察屏的间距由干涉原理，当 相邻明纹或相邻暗纹的间距可以证明是相等的，dλx=l△ 因此，xlλd△= 测出 l，用显微镜测双缝间距 d，用测微目镜测相邻条纹的间距△ x，计算可得光波的波长。
实验装臵（图 10-1）1：钠灯（GY-5B,加圆孔光阑）10：延伸架（SZ-09）2：透镜 L 1（T-GSZ-A07,f =50）11：测微目镜架(SZ-36)3：二维架（SZ-07）12：测微目镜 M(XW-1)4：透镜架（SZ-08）13：三维平移底座（SZ-01）5：测微狭缝 S（SZ-27B）14：二维平移底座（SZ-02）
6：透镜 L 2(T-GSZ-A09,f =150mm)15：升降调节座（SZ-03）7：透镜架（SZ-08）16：二维平移底座（SZ-02）8：双棱镜调节架(SZ-41)17：升降调节座（SZ-03）9：双缝 D(T-GSZ-A32)图 10－1 实验步骤 1）参照图 10-1 沿平台布臵各器件并调至共轴。开启光源，使钠光通过透镜 L 1 会聚到狭缝 S上，用透镜 L 2 将 S 成像于测微目镜分划板 M 上，然后将双缝 D 臵于 L 2近旁。在调节好 S，D 和 M的 mm 刻线的平行，并适当调窄 S 之后，目镜视场出现便于观测的氏条纹。
2）用测微目镜测量干涉条纹的间距△ x，用米尺测量双缝至目镜焦面的距离 l，用显微镜测量双缝的间距 d,根据dlx 计算钠黄光的波长 。
11 菲涅耳双棱镜干涉 实验原理 菲涅耳双棱镜有两个很小（1 ）的棱镜角（见图 11－1）。从狭缝 S 发出的光波经这两个棱镜角折射，形成稍许倾斜的两束光，在其相遇的区域即发生干涉现象，用屏幕 M 可以接收干涉条纹。S 1 和 S 2 是 S 经折射后产生的两个虚像，相当于氏双缝，可称虚光源。设 S 至 M 的距离为l=l 1 +l 2（S 1 和 S 2 与 S近似在同一平面上），d 为二虚光源的距离，相邻明条纹或暗条纹间距为 x ，测出这几个长度，即可利用式dxl 计算出单色光的波长 。
图 11－1 为了测量虚光源距离 d，可利用透镜放大率公式ud dv ，式中 u 是狭缝至凸透镜的距离，v 是凸透镜到测微目镜的距离，d′是二虚光源像间的距离。
实验装臵（图 11-2）1：钠灯(GY-5B)8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜 L 1（T-GSZ-A07, f ′=50 mm）9：测微目镜(XW-1)3：透镜架（SZ-08）10：升降调节座（SZ-03）4：透镜架（SZ-08）11：二维平移底座（SZ-02）5：测微狭缝（SZ-27B）12：二维平移底座（SZ-02）6：双棱镜架（SZ-41）13：升降调节座（SZ-03）另备 7：双棱镜(T-GSZ-A19)凸透镜 L 2（T-GSZ-A10,f ′=190 mm）及架、座）图 11-2 实验步骤 1）参照图 11-2 沿米尺安臵各器件，调至共轴 2）开启光源，使钠黄光通过透镜 L 1 会聚在狭缝上。狭缝要尽量窄，双棱镜的棱脊与狭缝须平行地臵于 L 1 和测微目镜的光轴上，以获得清晰的干涉条纹。
3）测微目镜测量干涉条纹间距△ x（可连续测定 11 个条纹位臵，用逐差法计算出 5 个△ x
取平均），并测出狭缝至目镜分划板的距离 l。
4）保持狭缝和双棱镜位臵不动，在双棱镜后用凸透镜 L 2 在测微目镜分划板上成一虚光源的放大实像，并测得间距 d′，再据成像公式算出二虚光源间距 d。
5）根据公式(/)d l x 计算钠黄光波长。
12 菲涅耳双镜干涉 实验原理 菲涅耳双镜由两个同样的平面镜（可以用两块黑玻璃镜）组成（图 12－1），二镜夹角 很小，一个镜面可微调，以改变这个夹角。单色光通过狭缝 S 之后，被两个镜面反射的同时，波阵面即被分成两部分传播，在交叠区域发生干涉现象，产生明暗相间的干涉条纹。用测微目镜可接收并测出在 M 屏上的一组相邻条纹的间距 x 。虚光源 S 1 和 S 2 是次级光源 S 的由反射形成的两个虚像。设 S（S 1，S 2）到双镜交线的距离为 r，二镜交线到屏 M 的距离为 l 0，则0r l l ，再设虚光源 S 1 S 2 距离为 d，则单色光波长 仍按式dxl 计算。d 的测量方法与双棱镜实验相同。
实验装臵（12-2）1：钠灯（GY-5B,加圆孔光阑）8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜（T-GSZ-A07, f′=50）9：测微目镜(XW-1)3：透镜架(SZ-08)10：二维平移底座（SZ-02）图 12－1 S S 1 S 2 φM
4：透镜架(SZ-08)11：三维平移底座（SZ-01）5：测微狭缝（SZ-27B）12：升降调节座（SZ-03）6：菲涅耳双镜(SZ-31)13：二维平移底座（SZ-02）7：干版架(SZ-12)图 12-2 实验步骤 1）参照图 12-2 沿米尺安臵各器件，调至共轴。
2）开启光源，利用透镜将光束会聚到狭缝上，使通过狭缝的光束投射在双镜接缝处。掠射的光束被二镜面反射，用稍许偏离米尺导轨的测微目镜接收双光束交叠区域的干涉条纹。狭缝要窄，且与双镜交线平行，二镜面夹角大小要适当（调节双镜背后的 3 个手钮）。
3）测干涉条纹间距△ x 和两个虚光源距离 d，方法与双棱镜实验相同。
4）测出狭缝至双镜接缝的距离 r 和双镜接缝至目镜分划板的距离 l o ,得 l=r+l o，根据 xld 计算钠黄光的波长。
13 劳埃德镜干涉 实验原理 劳埃德镜通常就是一块长方形的前表面反射镜，或一块黑玻璃镜。图 13－1 表示从狭缝处形
成的次级光源 S 发出的单色光波掠射镜面，反射光与从同一光源发出，路经镜面近旁的光波在交叠区域发生干涉，S′是虚光源，M 是接收干涉条纹的屏。从双光束干涉原理来看，劳埃德镜实验与上述几个干涉实验是类似的，但因利用这个实验能够说明光在玻璃面反射时的相位变化，所以很重要。
实验装臵（图 13-2）1：钠灯（GY-5B，加圆孔光阑）8：测微目镜架（SZ-36）2：透镜（T-GSZ-A07, f ′=50 mm）9：测微目镜(XW-1)3：透镜架（SZ-08）10：三维平移底座（SZ-01）4：透镜架（SZ-08）11：二维平移底座（SZ-02）5：测微狭缝（SZ-27B）12：升降调节座（SZ-03）6：劳埃德镜(SZ-32)13：二维平移底座（SZ-02）7：干版架(SZ-12)图 13-2 实验步骤 1）参照图 13-2 沿米尺安臵各器件，调至共轴。
2）开启光源，使钠光光束经透镜会聚到狭缝上，通过狭缝，部分光束入射劳埃德镜，被镜S S′ M d l 图 13－1
面反射，另一部分直接与反射光会合发生干涉，用测微目镜接收干涉条纹，同时调节缝宽、入射角及镜面与铅直狭缝的平行，以改善条纹的质量。
2）测出条纹间距 x ，狭缝与其虚光源的距离 d 以及狭缝与目镜分划板的距离 l，方法与双棱镜实验相同，根据公式 xld 计算钠黄光波长。
14 牛顿环 实验原理 一个曲率半径很大的平凸透镜，以其凸面朝下，放在一
块平板玻璃上（图 14－1）二者之间形成从中心 O 向周边 逐渐增厚的空气膜。若对透镜投射单色光，则空气膜下缘 面与上缘面的反射光就会在空气膜上缘面附近相遇，出现 以 O 点为中心的明暗相间的圆环，即牛顿环。
设透镜曲率半径为 R，与轴线相距 r 处的膜厚度为 d，则 2 2 2 2 2 2()2 R R d r R Rd d r 因 R d，所以2d 可略去，得 22rdR 对垂直入射光，该处几何程差为 2d，加上平板玻璃反射时的半波损失，总程差 22d 根据光干涉产生暗条纹的条件（实验时测暗环半径）2(2 1), 0, 1, 22 2d m m （14.1）综合上述各式，第 m 级暗环半径 mr mR （14.2）据此，若 为已知，为了测量平凸透镜的曲率半径，只要测出mr 即可。但是由于弹性形变不可避免，实际上 O 点并非是点接触的，利用mr 与nr 的平方差求 R 就比较准确，于是（14.2）式可改写为 2 2()m nr rRm n （14.3）又因测量中 O 点的位臵不易确定，所以环的半径 r 可用直径 d 代替，式（14.3）又可改写成 2 24()m nd dRm n （14.4）实验装臵(图 14-2)1：牛顿环(SZ-37B)6：测微目镜架（SZ-36）2：干版架(SZ-12)7：二维平移底座（SZ-02）3：半透半反玻璃（T-GSZ-A201）8：升降调节座（SZ-03）4：透镜架（SZ-08）9：钠灯（GY-5B）5：显微镜(XW-1)10：二维平移底座（SZ-02）
图 14－2 实验步骤 1）按图 14－2 布臵光路。若牛顿环装臵平凸透镜与平板玻璃的接触点偏离中心，得调节夹具上的三个螺钉，使接触点稳定居中即可，（不要拧得太紧，用力过大会导致玻璃破碎，使牛顿）环损坏）。
2）开启光源，调节分束器，使视场 6 mm 测量围充满黄光。消除视差。尽量使干涉圆环在量程对称分布。
3）调节显微镜的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清晰。将显微镜对准牛顿环的中心，前后移动镜筒使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的测量叉丝之间无视差。
4）用显微镜测干涉图形圆环的半径：测量时由于中心附近比较模糊，从第 14 环开始逐环测定位臵至第 5 环，再越过环心，从另一测第 5 环测至第 14 环为止，计算 10 个环的直径 d。
4）用逐差法取 5 m n 算出 5 个 2 2n mr r 值，取平均，代入公式 )(2 2n mr rRn m（实验所用钠黄光波长为 589.3nm）得出平凸透镜的曲率半径。
15 用干涉法测定空气折射率 实验原理 具有最简单形式的迈克耳干涉仪如图 15－1所示。从点光源 S 发出的光束，被精制的厚度和折射率均匀的玻璃板（分束器）G 分成两路，射向互相垂直的两个平面镜 M 1 和 M 2。被平面镜反射后，又回到分束器有镀膜的半反射面。在这两束光形成的干涉场产生的是非定域干涉条纹，用毛玻璃屏 FG 接收。
设 M 2 ′是 M 2 在 G 中的虚像。可以认为，FG接收到的干涉图样是 M 1 和 M 2 ′之间的空气膜上下面的反射光相干产生的。
如果在图 15－1 的 M 1 和 G 之间放臵一个能够控制充、放气的气室，若气室空气压力改变了p ，折射率改变了 n ，使光程差增大 ，就会引起干涉条纹 N 个环的变化。设气室空气柱长度为 l，则 N nl 2 l N n 2 / （15.1）若将气室抽真空（室压强近似于零，折射率 1 n），再向室缓慢充气，同时计数干涉环变化数 N，由公式（15.1）可计算出不同压强下折射率的改变值 n ，则相应压强下空气折射率 n n 1 若采取打气的方法增加气室的粒子（分子和原子）数量，根据气体折射率的改变量与单位体积粒子数改变量成正比的规律，可求出相当于标准状态下的空气折射率0n。对有确定成分的干燥空气来说，单位体积的粒子数与密度 成正比，于是有 0 011nn（15.2）式中0 是空气在热力学标准状态下（T 0 =273K，p 0 =101,325 Pa）下的密度，0n 是相应状态下的M 1 M 2 M 2 ′ G FG S H e －N e 激光器 图 15－1
折射率； n 和 是相对于任意温度 T 和压强 p 下的折射率和密度。
联系理想气体的状态方程，有 110 000 nnT ppT（15.3）若实验中 T 不变，对上式求 p 的变化所引起的 n 的变化，则有 pTTpnn 0001（15.4）因 1(0T T)t（其中 是相对压力系数，等于 1/273.15 = 3.661×10-3 ℃-1，t 是摄氏温度，即室温）,代入式（15.4）有)1(100tppnn 于是 0 01(1)nn p tp （15.5）将式（15.1）代入（15.5）得 0 01(1)2Nn p tl p （15.6）测出若干不同的 p 所对应的干涉环变化数 N，N-p 关系曲线的斜率即为 / N p 。0p 和 为已知，t 见温度计显示， 和 l 为已知，一并代入式（15.6）即可求得相当于热力学标准状态下的空气折射率。
根据式（15.3）求得0p 代入式（15.4），经整理，并联系式（15.1），即可得 12N pnl p （15.7）其中的环境气压 p 从实验室的气压计读出，根据（15.7）式，通过实验即可测得实验环境下的空气折射率。
实验装臵（图 15-2）1：He-Ne 激光器 L(GY-10)11：平面镜 M 1(T-GSZ-A16)2：激光器架（SZ-42）12：升降调节座（SZ-03）3：透镜架（SZ-08）13：二维平移底座（SZ-02）4：扩束器 BE(T-GSZ-A01)14：三维平移底座（SZ-01）5：透镜架（SZ-08）15：升降调节座（SZ-03）6：分束器 BS(T-GSZ-A201)16：二维架（SZ-07）7：白屏 H(SZ-13)17：平面镜 M 2(T-GSZ-A16)8：通用底座（SZ-04）18：二维平移底座（SZ-02）9：气室 AR(SGM-1-05)19：通用底座（SZ-04）10：二维架（SZ-07）图 15-2 实验步骤 1）将各器件夹好，靠拢，调等高。
2）调激光光束平行于台面，按图 15-2 所示，组成迈克耳干涉光路（暂不用扩束器）。
3）调节反射镜 M 1 和 M 2 的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。
4）加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。
5）紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（40kPa，或 300mmHg，1mmHg=133.3Pa）为止，记为△ p。
6）缓慢松开气阀放气，同时默数干涉环变化数 N，至表针回零。
7）计算实验环境的空气折射率 12N pnl p 其中激光波长 λ 和气室长度 l 为已知，环境气压 p 从实验室的气压计读出。本实验应多次测量，干涉环变化数可估计出一位小数。
16 夫琅禾费单缝衍射 实验原理 单色平行光垂直照射宽度为 a 的狭缝 AB（图 16－1，其中将缝宽放大约百倍），按惠更斯原理，AB 面上各子波源的球面波向各方向传播，在出发处，相位相同。其中沿入射方向传播的，经透镜 L 会聚于 P 0 处时，仍然同相，故加强为中央亮纹；与入射方向成 角传播的，经 L 会聚于 P k，其明暗取决于各次级波线的光程差。从 A 点作 AC 线垂直于 BC，从 AC 线到达 P k 点的所有波线都是等光程的。沿缝宽各波线之间的光程差取决于从 AB 到 AC 之间的路程，而最大光程差 sin BC a 若用相距2的许多平行于 AC 的平面分割 BC，同时也就将狭缝面上的波阵面分成一些等面积的部分，即菲涅耳半波带，于是两个相邻半波带的对应点发出的波线到达 AC 面时的光程差均A B a O P k P 0 C L 图 16－1
为2，相位差为 π，经 L 会聚后仍为 π，故强度互相抵消。据此推断：对应某确定的 方向，若单缝波阵面可分成偶数个半波带时 P k 处必为暗条纹；若单缝波阵面可分成奇数个半波带，P k 处将有明条纹；若半波带为非整数所对应的方位上，强度则在明暗之间。总之，当 满足 sin 2 1, 2)2a k k k （16.1）时产生暗条纹；当 满足 sin(2 1)1, 2)2a k k （16.2）时产生明条纹，而零级明条纹围，通常认为是从 sin a 到 sin a 设中央零级明条纹宽度为 e，L 的像方焦距为f ，对 1 级暗条纹，近似有 2ef a （16.3）据此，若 和f 为已知，只要测得2e，即可得实验装臵的缝宽 a。
实验装臵（图 16-2）1：钠灯（GY-5B）9：二维架（SZ-07）2：透镜架(SZ-08)10：测微目镜架（SZ-36）3：测微狭缝 S 1(SZ-27B)11：测微目镜(XW-1)4：透镜 L 1(T-GSZ-A09,f =150 mm）12：三维平移底座（SZ-01）5：二维架（SZ-07）13：升降调节座（SZ-03）6：透镜架(SZ-08)14：二维平移底座（SZ-02）7：测微狭缝 S 2(SZ-27B)15：升降调节座（SZ-03）8：透镜 L 2(T-GSZ-A12,f =300 mm)16：二维平移底座（SZ-02）
图 16-2 实验步骤 1）参照图 16-2 沿米尺调节共轴光路。
2）使狭缝 S 1 靠近钠灯，位于透镜 L 1 的焦平面上，通过透镜 L 1 形成平行光束，垂直照射狭缝S 2，用透镜 L 2 将衍射光束汇聚到测微目镜的分划板，调节狭缝铅直，并使分划板的毫米刻线与衍射条纹平行，S 1 的缝宽小于 0.1mm(兼顾衍射条纹清晰与视场光强)。
3）用测微目镜测量中央明条纹宽度 e，连同已知的 λ 和 f ’值代入公式 2"ea f ′（实验所用钠黄光波长为 589.3nm）可算出缝宽 a。
4）用显微镜直接测量缝宽，与上一步的结果作比较。
5）用测微目镜可验证中央极大宽度是次极大宽度的两倍。
17 夫琅禾费圆孔衍射 实验原理 使准单色光通过小孔光阑，通过较长距离到达衍射圆孔，再经凸透镜将衍射图样会聚到屏上，该装臵即可观测到夫琅禾费圆孔衍射。
实验装臵（图 17-1）1：钠灯（GY-5B）7：测微目镜架（SZ-36）2：小孔（φ1 mm）8：测微目镜(XW-1)3：多孔板（SZ-23A，φ0.2-0.5 mm）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜（T-GSZ-A08,f =70 mm）11：升降调节座（SZ-03）6：透镜架（SZ-08）图 17-1 实验步骤 1）参照图 17-1 沿平台米尺安排各器件，调节共轴，前后移动两小孔距离，获得衍射图样。
2）在黑暗环境用测微目镜测量艾里斑的直径e，据已知波长（λ=589.3 nm）、衍射小孔半径a和物镜焦距f’，可验证公式 afe"22.1 。（注：目镜与透镜的距离应保证70mm左右间距，测出的艾里斑直径才会较为准确）18 菲涅耳单缝和圆孔衍射 实验原理 由菲涅耳衍射原理：1 1(1)2 2n na aA 当观察屏不动时，改变缝宽d，半波带的数目改变；当半波带数为奇数时屏中央出现亮纹；当半波带数为偶数时屏中央出现暗纹。
当缝宽d不变时，移动屏，当半波带数为偶数时，屏中央为暗纹；当半波带数为奇数时屏中央为亮纹。
当缝宽改变到很小时或屏较远时，菲涅耳衍射转化为夫琅和费衍射。
实验装臵（图 18-1）1：激光器架（SZ-42）7：白屏（SZ-13）2：He-Ne 激光器(GY-10)8：通用底座（SZ-04）3：扩束器（T-GSZ-A02, f ′= 6.2）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架（SZ-08）10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架（SZ-08）11：通用底座（SZ-04）6：测微狭缝(SZ-27B)图 18-1
调节与观察 ① 使激光通过扩束器（造成非远场条件）照射到狭缝上，用白屏接收衍射条纹。
② 在缓慢、连续地将狭缝由很窄变到很宽的同时，注意屏上的衍射图样，可观察到与理论分析一致的由近似夫琅禾费单缝衍射逐渐变化成各种菲涅耳单缝衍射，最后形成两个对称的直边衍射的现象。
实验原理 由菲涅耳衍射原理：1 1(1)2 2n na aA 当改变圆孔的直径或改变观察距离时，屏中央发生明暗变化。
实验装臵（图 18-2）1：激光器架（SZ-42）7：白屏（SZ-13）2：He-Ne 激光器(GY-10)8：通用底座（SZ-04）3：扩束器（T-GSZ-A02, f = 6.2）9：二维平移底座（SZ-02）4：透镜架(SZ-08)10：二维平移底座（SZ-02）5：多孔板（SZ-23A，φ1.5 mm）11：通用底座（SZ-04）6：透镜架（SZ-08）图 18-2 调节与观察 将实验装臵 18－1 中的狭缝换成 φ1.5 mm 的圆孔，如图（18－2），使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮—暗—亮的变化。图样中心的亮或暗，取决于点光源与圆孔的距离、圆孔的半径和圆孔到观察屏的距离。
19 直边菲涅耳衍射 实验原理 当平面波照射到直边上时，在直边后可观察到它的菲涅耳衍射，衍射结果如下图 即当观察点从几何阴影边界向外移动时，I/I 0 是振荡的，但振幅逐渐减少，最后，正象从几何光学可以预期的那样，I/I 0 渐渐地趋向于1。强度的最大值不是在几何阴影边上，而是在直接照明区稍为离开该边的地方。
实验装臵（图 19-1）1：激光器架（SZ-42）7：白屏（SZ-13）2：He-Ne 激光器(GY-10)8：通用底座（SZ-04）3：透镜架（SZ-08）9：二维平移底座（SZ-02）4：扩束器（T-GSZ-A02, f ′=6.2）10：二维平移底座（SZ-02）5：透镜架（SZ-08）11：通用底座（SZ-04）6：刀片（GSZ-2B-06）
图 19-1 调节与观察 将实验 18 中的狭缝换成刀片，即可发生直边衍射。当观察点从几何阴影边界向外移动时，衍射光强有类似衰减振荡的分布，最后趋于无障碍的自然传播。强度的最大值并不在于几何阴影的交界处，而是在直接照明区稍靠外些的亮区。在阴影区，衍射条纹的光强单调地减弱，一直到零。
20 光栅衍射 实验原理 当一束平行单色光垂直入射到光栅上，透过光栅的每条狭缝的光都产生衍射，而通过光栅不同狭缝的光还要发生干涉，因此光栅的衍射条纹实质应是衍射和干涉的总效果。设光栅的刻痕宽度为 a，透明狭缝宽度为 b，相邻两缝间的距离 d=a+b，称为光栅常数，它是光栅的重要参数之一。
如右图所示，光栅常数为 d 的光栅，当单色平行光束与光栅法线成角度 i 入射于光栅平面上，光栅出射的衍射光束经过透镜会聚于焦平面上，就产生一组明暗相间的衍射条纹。设衍射光线 AD 与光栅法线所成的夹角（即衍射角）为 φ，从 B点作 BC 垂直入射线 CA，作 BD 垂直于衍射线 AD，则相邻透光狭缝对应位臵两光线的光程差为：
sin sin AC AD d φ i 当此光程差等于入射光波长的整数倍时，多光束干涉使光振动加强而在F处产生一个明条纹。因而，光栅衍射明条纹的条件为：
sin sinKd φ i Kλ K=0，±1，±2，式中 λ 为单色光波长，K 是亮条纹级次，K为 K 级谱线的衍射角，i 为光线的入射角。此式称为光栅方程，它是研究光栅衍射的重要公式。本实验研究的是光线垂直入射时所形成的衍射。此时，入射角 i=0 则光栅方程变为：
sinKd φ Kλ K=0，±1，±2，··· 由上式可以看出，如果入射光为复色光，K=0 时，有：00 φ ，不同波长的零级亮纹重叠在一起，则零级条纹仍为复色光。当 K 为其它值时，不同波长的同级亮纹因有不同的衍射角而相互分开，即有不同的位臵。因此，在透镜焦平面上将出现按短波向长波的次序自中央零级向两侧依次分开排列的彩色谱线。这种由光栅分光产生的光谱称为光栅光谱。
下图是汞灯光波射入光栅时所得的光谱示意图。中央亮线是零级主极大。在它的左右两侧各分布着 K=±1 的可见光四色六波长的衍射谱线，称为第一级的光栅光谱。向外侧还有第二级，第三级谱线。由此可见，光栅具有将入射光分成按波长排列的光谱的功能。
实验装臵（图 20-1）1：汞灯(GY-4B)11：旋转透镜架（SZ-06A）2：透镜架（SZ-08）12：测微目镜架(SZ-36)3：透镜 L 1（T-GSZ-A07, f ′=50 mm）13：测微目镜(XW-1)4：透镜架（SZ-08）14：三维平移底座（SZ-01）5：可调狭缝(SZ-27B)15：通用底座（SZ-04）6：透镜 L 2（GSZ-2B-01, f ′=105 mm）16：二维平移底座（SZ-02）7：二维架（SZ-07）17：升降调节座（SZ-03）8：光栅（T-GSZ-A24A,d=1/20 mm）18：升降调节座（SZ-03）9：旋转透镜架（SZ-06A）19：通用底座（SZ-04）10：透镜 L 3（T-GSZ-A11, f ′=225 mm）另备光栅转台和三棱镜
图 20-1 图 20-2 调节与测量 1）按图 20-1 沿平台...
