微小线径的测定实验提要

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1、实验17《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虽在现代科学中冇很多的测虽方法，但都可以归结为，冇直接测量和间接测量两类。在普通物理屮，肓接测最常用的仪器如：千分尺、读数显微镜等，间接测最常采用的方法如：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來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？木课题要求设计一种测量自己头发肓径的方法，通过实验加以验证。卖殓课题及任务《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

2、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；选择测最仪器；研究测最方法；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巧写实验报告。木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。建议电子专业的冇四组选择该实验，给专业光学实验打基础。卖殓原理提示（1）衍射法实验原理激光衍射互补测定法的原理是基于巴俾特原理，图示如下。设一个

3、任意形状的开孔，在平面波照射下，在接收屏上的复振幅川U1表示；卅同一平面波照射其互补屏时，在接收屏上其复振幅用表示。当互补屏叠加吋，开孔消失，在接收屏上的光强分布也应消失，合成复振幅应为零，即U=E71+W>=0u=u1+u2=o巴俾特原理X上式说明，两个互补屏所产牛的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅位和相差2o这就是巴俾特原理。对激光衍射条纹來说，原來是亮条纹的位置上互补吋将出现暗条纹。利用这个互补原理，就可以测定各种细丝和薄带的尺寸。根据巴俾涅（Babinct）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7T位相差为一”。可知细丝衍射图形和

4、狭缝衍射图形是相同的，细丝衍射计算和狭缝衍射计算2相同。狭缝或细丝衍射的光强I的分布，I由物理学知道:讪常）7T•fl式中："〒讪?。为衍射九〃是狭缝宽度或细丝直色2是单色光源波长（激光光源波长）/（）是〃=0吋的光强，即光轴上的光强度。当0=0,±龙,±2兀,±3龙,……土亦处将出现光强为零的条纹，即/。=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，就可以根据上而公式计算出细丝点径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耍制作衍射屏，但前者制作衍射屏比后者容易。（2）干涉法利用空气劈尖的

5、形成T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儿图9-2劈尖形空气薄膜役计要求（1）通过在实验室观察干涉（“劈尖”等厚干涉）、衍射（细丝衍射）现象，选择其屮一种方法，制定出实验方案。（2）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•光路图中的那些物理量（即待测量的物理量）冇关，根据于涉、或衍射理论及相关公式推导岀计算公式,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。）（3）根据实验原理写出实验内容，设

6、计出实验步骤，要具冇可操作性。（4）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。卖验仪器的选择及提示（1）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。（2）衍射法：氨氛激光器；白制衍射屏（头发丝固定在支架上）；米尺（三米以上较好）;光屏（可以口制，也可以利用实验室条件）；也可以口制辅助器件。可以用透镜，也可以不用，推荐不用透镜。提交整体设计方亲时间学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并捉交。捉交整体设计方案，要求川纸质版（电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里）供教师修改。脛考题（1）衍射物屏与光屏

7、之间的距离多远比较合适？（2）制作劈尖要注意什么？参考丈执参阅各实验书籍中的T涉、衍射原理。《物理学》下册第四版东南大学等七所工科院校编马文蔚等改编高等教育出版社出版第十七章17-417-6、7o《近代光学测试技术》杨国光主编浙江大学出版社第五章光的衍射技术。