几何光学实验报告.docx

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几何光学实验报告

几何光学实验研究

一、实验内容

（一）仪器的组安装和调整

1、安装

矩形光盘安装：

（1）在矩形光盘背面安好工形托架

（2）将大支杆插入大三角支架

（3）将安在矩形光盘上的工字型托架插入大支杆孔

（4）调整矩形光盘于水平位置，旋紧各螺丝

（5）将光源支杆插入小三角支架，旋紧螺丝

2、调整

光源筒在U型支架上可以灵活转动，改变射出光线的角度；调节支杆高度可以改变光源的高度；灯泡位置可在灯座筒里转动，使灯丝正好位于透镜的焦点上。

仪器使用前调整步骤如下：

（1）将低压电源的输出电压调至2V，接通电路，逐次增大电源的输出电压

（2）将光源靠近矩形光盘的缝屏板，并将缝屏板上的光拦插片第一、七条关闭，拉开其他的，使光屏上出现五条光带

（3）将光源筒向光盘上倾斜，使光带落在矩形光盘上，仔细调整角度，使光带既能照满光盘，又使亮度最好

（4）调整灯丝位置，前后移动和转动，使光盘上得到窄而亮并且近乎平行的五条光带

（5）使矩形光盘与桌面平行，调整光源的投射角，使五条光带的中间一条正好透射在光盘中央的黑色标记上

（二）分光小棱镜的使用

实验方法：

分光小棱镜的角度主要用来改变光的入镜角度，把小棱镜吸于光具盘上，分光交于主光轴一点。

实验现象:

如右图所示

（30°和11°小棱镜分光角度目测差别不大，故以右图示意即可）

（三）透镜的光学作用

实验方法

实验现象

实验分析

将大双凸透镜吸附在方盘上，使三条光线都通过光心

通过光心的光线，按原方向传播，不发生偏转

将大双凸透镜吸附在方盘上，使主光轴通过透镜光心，再使二次反射光线于透镜前焦点处相交，则折射后平行于主轴

通过主焦点的光线，经透镜折射后跟主光轴平行

将大双凸透镜吸附在方盘上，使光线通过透镜

平行主光轴的光线，经凸透镜折射后会聚在焦点F上

将小双凸透镜吸附在方盘上，在小双凸透镜的焦点后放置一大双凸透镜，使光线通过中心

从主光轴焦点外某一点发出的近轴光线，经透镜折射后会聚在主光轴上一点

将凹透镜吸附在方盘上，使三条光线都通过光心

平行主光轴的光线，经凹透镜折射后成发散光线

（四）球面镜的光学性质

实验方法

实验现象

实验分析

将凹面镜吸附于光盘上，使平行于主光轴的五条光线经凹面镜反射

平行于主光轴的五条光线经凹面镜反射后都交汇于一点

将凹面镜吸附于光盘上，使平行于主光轴的五条光线经凹面镜反射

平行于主光轴的五条光线经凹面镜反射后成发散光线，把发散光线反向延长后会聚于焦点F

将带有小箭头的棱镜放在一条光带上看作物体，在主光轴上放置一凸面镜

光线经小棱镜分光成两条，两条光线射到凸面镜成发散光线，反向延长后会聚于一点

将带有小箭头的棱镜放在一条光带上看作物体，在主光轴上放置一凹面镜

光线经小棱镜分光成两条，两条光线射到凸面镜会聚在一点（黑线为主光轴）

（五）凸透镜成像

实验方法

实验现象

实验分析

将物体放于二倍焦距以内

缩小倒立的实像

将物体放于二倍焦距上

等大倒立的实像

将物体放于焦距和二倍焦距之间

倒立放大的实像

将物体放于焦距上

理论上讲应成像在无限远

将物体放于焦距以内

实际光线不能成像，折射光线的反向延长线相交于物体同侧，成正立放大像

（六）光的反射

实验方法

实验现象

实验分析

把小平面镜吸附于圆盘上，把0°～0°线转到水平位置，只使光源中间的一条光线和圆盘零度线重合，转动圆盘观察。

可看到入射光线、反射光线和法线的夹角总是相等，从而验证了光的反射定律

将圆盘转动180°，使平面镜背面的漫反射镜对着入射光线

漫反射光线是无规则的，所以不好观察到

使两条光线经过凸透镜相交于一点a,视为发光物体，过a射向镜面的两入射光线反射

两反射光线的反向延长线交于镜面右侧一点，可大致看出成像位置到镜面的距离相等，并且对称

将半圆透镜吸附于圆盘中间，中心重合。

使一条光线进入半圆柱透镜

光线由光疏媒质进入光密媒质时发生折射以及界面的反射现象

将圆盘转动180°，使光线由半圆透镜进入，由空气折出

光线由光密媒质进入光疏媒质时发生折射以及界面的反射现象

使入射光线的折射角达到90°

光线由光密媒质进入光疏媒质时，折射角达到90°，只有反射光线，显示为全反射

将直角棱镜吸附在圆盘上，使光线垂直于直角边入射

此时发生全反射，方向改变90°

将直角棱镜吸附在圆盘上，使光线从斜边入射

光线在两个直角边上发生全反射，方向改变90°

（七）平行透明板光路

实验方法：

将玻璃砖吸附在圆盘上

实验现象：

光线通过两相互平行的玻璃面发生偏折，如右图所示

（八）光通过三棱镜的色散与合成

实验方法

实验现象

实验分析

将狭缝的一个遮光板拨开，把三棱镜毛面向上，吸附于方盘上

光束从三棱镜侧面入射，射出光线向上偏折形成色散现象

把第二块三棱镜毛面向下，吸附于方盘色散光路中

可见色散光重新合为白光，从第二块第三块射出且与入射光平行

（九）近视眼和远视眼的矫正

实验方法

实验现象

实验分析

（远视眼）在方盘上吸附一小双凸柱透镜，使三条平行光入射凸柱透镜

小双凸柱透镜代表眼睛水晶体

（远视眼）用小双凹柱透镜靠近小双凸柱透镜

小双凹柱透镜代表眼睛，焦距较前移动，示意得到矫正

（近视眼）在方盘上吸附一大双凸柱透镜，使三条平行光入射凸柱透镜后

用小双凹透镜代表眼睛，焦距较后移动，示意得到矫正

（十）光学仪器光路的实验

1、显微镜光路

实验方法

拨开第二条狭缝，其余的关闭，把20°的带箭头的小棱镜距狭缝80mm处，吸附于方盘光束上作为物ab，调整棱镜位置将光分为平行于主轴和折向主轴的两束光，交点距物约150mm处；将F1=100mm的双凸柱透镜放在交点上，平行光经折射后成倒立放大实像a’b’，再把F2=150mm的大双凸柱透镜放在a’b’像点后约距小双凸透250mm，则第二次成放大正立的虚像a’’b’’。

实验现象

实验分析

小棱镜位于F1=100mm的双凸柱透镜的一倍焦距和两倍焦距之间，所以成放大的倒立的实像a’b’，又实像a’b’位于F2=150mm的大双凸柱透镜的一倍焦距以内，所以成放大正立的虚像a’’b’’，因此整个光路使得物ab经两次放大，成放大倒立的虚像，这就是显微镜的工作原理。

2、开普勒望远镜光路

实验方法

拨开第二条狭缝，其余的关闭，把带箭头的小棱镜吸附于方盘光束上作为物ab，调整棱镜位置将光分为平行于主轴和折向主轴的两束光，将大双凸透镜放于棱镜的一条分光和主轴的交点处，在像点外放置小双凸透镜。

实验现象

实验分析

小棱镜位于大双凸透镜的二倍焦距以外，成等大或缩小的倒立的实像a’b’，又实像a’b’位于小双凸透镜的一倍焦距以内，所以成放大正立的虚像a’’b’’，因此整个光路使得物ab成放大倒立的虚像。

3、伽利略望远镜光路

实验方法

将开普勒望远镜光路中的小双凸透镜换成小双凹透镜，将两透镜间的距离稍调近几厘米。

实验现象

实验分析

小棱镜位于大双凸透镜的二倍焦距以外，成等大或缩小的倒立的实像a’b’，又凹透镜对光源具有发散作用，所以实像a’b’经小双凹透镜成放大倒立的虚像a’’b’’，因此整个光路使得物ab成放大正立的虚像。

【注意事项】

1.不要用手接触光学元件抛光表面，只可接触棱边。

2.使用平行光源时，灯泡的位置要装合适，灯丝要居中，光源的高度和角度都要调好。

3.打开电源之前应保证电压最低，在逐次提高，使用电压要与灯泡电压相符。

4.光源灯泡中电流较大，灯口耐热能力有限，其连续使用最好不要超过15分钟，可适当降低额定电压，以延长光源寿命。

5.在放置或取下光学器件时，注意同时放置或取下吸铁石和光学器件，避免光学器件或吸铁石的掉落，损坏仪器，同时轻拿轻放，减少光盘的振动，避免光路的改变。