GSZIIB型26种实验光学平台说明书.docx

GSZIIB型26种实验光学平台说明书.docx

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GSZIIB型26种实验光学平台说明书

GSZ-ⅡB型光学平台（26例实验）

使用说明书

GSZ-IIB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内容，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

2

分束器（φ30×4）

2

7:

3,5:

5

二维平移底座

3

反射光栅（1200L/mm）

1

30×30

升降调整座

3

透射光栅（20L/mm）

1

通用底座

6

正交光栅（50L/mm）

1

可变口径二维架

1

偏振片

2

X轴旋转二维架

2

半波片（λ=632.8nm）

1

二维架

4

1/4波片（λ=632.8nm）

1

光栅转台

1

三棱镜（60o）

1

小二维台

1

微尺分划板（1/5、1/10mm）

各1

干版架

2

毫米尺（l=30mm）

1

带毛玻璃

三维调节架

1

带支座标尺（l=1m）

1

落地式

二维干版架

1

双棱镜

1

光源二维架

1

菲涅耳双镜

1

载物台

1

劳埃德镜

1

测节器（节点架）

1

正像（保罗）棱镜

1套

多孔架

1

球面镜（f=500mm）

1

单面可调狭缝

2

读数显微镜

1

测微目镜架

1

牛顿环套件

1套

牛顿环直立支架

1

多缝板（2、3、4、5缝）

1

双棱镜调节架

1

网格字

1

小弹簧夹支架

1

可调圆孔光阑

1

白屏

1

频谱滤波器

1套

2种

物屏

1

θ调制板

1

光学测角台

1

冰洲石及转动架

1

透镜（f=4.5、6.2、15mm）

各1

扩束器

白光源（6V15W）

1套

目镜（f=29mm）

1

平面镜（φ36×4）

2

透镜（f=45、50、70、150、190、225、300、-60mm）

各1

小物体

1

全息照

相用

幻灯片

1

汞灯（20W）

1套

白板（70×50mm）

1

钠灯（20W）

1套

全息干版

1盒

氦氖激光器（1.5-2mW）及架

1套

45°玻璃架

1套

气室、血压表和橡胶球

1套

小照明灯（DC3V）

1

显微镜实验用

（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、汗液应及时用脱脂棉浸少量酒精乙醚液擦掉。

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用自准法则薄凸透镜焦距………………………………………………………3

2用两次成像法测凸透镜焦距……………………………………………………3

3由物象放大率测目镜焦距………………………………………………………5

4自组显微镜………………………………………………………………………6

5自组望远镜………………………………………………………………………7

6自组投影仪………………………………………………………………………8

7透镜组节点和焦距的测定………………………………………………………9

8自组带正像棱镜的望远镜………………………………………………………10

9杨氏双缝实验……………………………………………………………………10

10菲涅耳双棱镜干涉………………………………………………………………11

11菲涅耳双镜干涉…………………………………………………………………12

12劳埃德镜干涉……………………………………………………………………13

13牛顿环……………………………………………………………………………13

14夫琅禾费单缝衍射………………………………………………………………14

15夫琅禾费圆孔衍射………………………………………………………………15

16菲涅耳单缝衍射…………………………………………………………………16

17菲涅耳圆孔衍射…………………………………………………………………17

18菲涅耳直边衍射…………………………………………………………………17

19偏振光的产生和检验……………………………………………………………18

20光栅衍射…………………………………………………………………………19

21光栅单色仪………………………………………………………………………20

22全息照相…………………………………………………………………………21

23制做全息光栅……………………………………………………………………22

24阿贝成像原理和空间滤波………………………………………………………23

25θ调制……………………………………………………………………………25

26测定空气折射率…………………………………………………………………26

1用自准法测薄凸透镜焦距

实验装置（图1-1）

1：

溴钨灯S

2：

物屏P

3：

凸透镜L（f，=190mm）

4：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

5：

平面镜M

6：

三维调节架（SZ-16）

7：

二维平移底座（SZ-02）

8：

三维平移底座（SZ-01）

9-10：

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；

2）移动L，直至在物屏上获得镂空图案的倒立实像；

3）调M镜，并微动L，使像最清晰且与物等大（充满同一圆面积）；

4）分别记下P和L的位置a1、a2；

5）将P和L都转1800之后，重复做前4步；

6）记下P和L新的位置b1、b2；

7）计算：

；

2用两次成像法测凸透镜焦距

实验装置（图2-1）

1：

溴钨灯S

2：

物屏P（SZ-14）

3：

凸透镜L（f，=190mm）

4：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

5：

白屏H（SZ-13）

6：

二维平移底座（SZ-02）

7：

三维平移底座（SZ-01）

8-9：

通用底座（SZ-04）

图2-1

实验步骤

1）按图2-1沿米尺布置各器件并调至共轴；

2）紧靠米尺移动L，使被照亮的物形在屏H上成一清晰的放大像，记下L的位置a1和P与H间的距离l；

3）再移动L，直至在像屏上成一清晰的缩小像，记下L的位置a2；

4）将P、L、H转180°（不动底座），重复做前3步，又得到L的两个位置b1、b2；

5）计算：

；

；

待测透镜焦距：

3由物像放大率测目镜焦距

实验装置（图3-1）

1：

溴钨灯S

2：

微尺分划板M（1/10mm）

3：

双棱镜架（SZ-41）

4：

待测目镜Le（

=29mm）

5：

二维调节架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

6：

测微目镜架（SZ-36）

7：

测微目镜ME

8：

三维平移底座（SZ-01）

9：

三维平移底座（SZ-01）

10：

升降调整座（SZ-03）

11：

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）从M、Le、ME靠近处逐渐移远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1/10mm或1/5mm刻线的象宽，求出其放大倍率m1，并分别记下ME和Le的位置a1、b1；

4）把ME向后移动30-40mm，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m2，记下ME和Le的位置a2、b2；

6）计算：

像距改变量：

被测目镜焦距：

4自组显微镜

实验装置（图4-1）

1：

小照明光源S（SZ-50）

2：

干版架（SZ-12）

3：

微尺M1（1/10mm）

4：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

5：

物镜Lo（

=45mm）

6：

二维架（SZ-07）

7：

三维调节架（SZ-16）

8：

目镜Le（

=29mm）

9：

45°玻璃架（SZ-45）

10：

升降调节座（SZ-03）

11：

双棱镜架（SZ-41）

12：

毫米尺M2（l=30mm）

13：

三维平移底座（SZ-01）

14：

三维平移底座（SZ-01）

15：

升降调节座（SZ-03）

16：

通用底座（SZ-04）

17：

白光源（GY-6A）（图中未画）

图4-1

图4-2

实验步骤

1）参照图4-1和4-2布置各器件，调等高同轴；

2）将透镜lO与Le的距离定为24cm；

3）沿米尺移动靠近光源毛玻璃的微尺，从显微镜系统中得到微尺放大像；

4）在Le之后置一与光轴成45°角的平玻璃板，距此玻璃板25cm处置一白光源（图中未画出）照明的毫米尺M2；

5）微动物镜前的微尺，消除视差，读出未放大的M230格所对应的M1的格数a；

显微镜的测量放大率

；显微镜的计算放大率

5自组望远镜

实验装置（图5-1）

1：

标尺

2：

物镜LO（

=225mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

目镜Le（

=45mm）

5：

二维调节架（SZ-07）

6：

三维平移底座（SZ-01）

7：

二维平移底座（SZ-02）

图5-1

实验步骤

1）按图5-1组成开普勒望远镜，向约3m远处的标尺调焦，并对准两个红色指标间的“E”字（距离d1=5cm）；

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内直观标尺的长度d2；

3）求出望远镜的测量放大率

，并与计算放大率

作比较；

注：

标尺放在有限距离S远处时，望远镜放大率

可做如下修正：

当S＞100

时，修正量

6自组投影仪

实验装置（图6-1）

1：

溴钨灯S

2：

聚光透镜L1（f1，=50mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

幻灯片P

5：

干版架（SZ-12）

6：

放映物镜L2（fo，=190mm）

7：

三维调节架（SZ-16）

8：

白屏H（SZ-13）

9：

三维平移底座（SZ-01）

10：

二维平移底座（SZ-02）

11：

升降调节座（SZ-03）

12：

升降调节座（SZ-03）

13：

通用底座（SZ-04）

图6-1

实验步骤

1）按图6-1排光路，调共轴。

2）使L2与H相距约1.2m（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L1固定在紧靠幻灯片P的位置，取下P，前后移动光源，使其成像于L2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L1，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：

f2=（M/（M+1）2）D2

聚光镜：

f1=D2/（M+1）-[D2/（M+1）]2×1/D

其中：

D2=U2+V2；D1=U1+V1

M为像的放大率

7透镜组节点和焦距的测定

实验装置（图7-1）

1：

溴钨灯S

2：

毫米尺

3：

双棱镜架（SZ-41）

4：

物镜LO（fO，=150mm）

5：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

6：

透镜组L1、L2

（f1，=300mm；f2，=190mm）

7：

测节器（节点架）

8：

测微目镜架

9：

测微目镜

10：

二维平移底座（SZ-02）

11：

二维平移底座（SZ-02）

12：

三维平移底座（SZ-01）

13：

升降调节座（SZ-03）

14：

通用底座（SZ-04）

另备用平面镜

图7-1

实验步骤

1）先借助平面镜调节毫米尺与准直物镜Lo的距离，使通过Lo的光束为平行光束（“自准法”）

2）加入透镜组和测微目镜，调共轴，同时移动目镜，找到毫米尺的清晰像。

3）沿节点架导轨前后移动透镜组，同时相应地前后移动测微目镜，直到节点架绕轴转动时，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）用白屏取代测微目镜，接收毫米尺像。

分别记下屏和节点架在米尺导轨上的位置a和b，并从节点架导轨上记下透镜组中间位置（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置。

8自组带正像棱镜的望远镜

实验装置（图8-1）

1：

标尺

2：

物镜Lo（fo，=225mm）

3：

三维调节架（SZ-16）

4：

正像棱镜（保罗棱镜系统）

5：

目镜Le（fe，=45mm）

6：

二维架（SZ-07）

7：

二维平移底座（SZ-02）

8：

升降调整座（SZ-03）

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

升降调整座（SZ-03）

11：

通用底座（SZ-04）

图8-1

实验步骤

1）参照图8-1，沿平台米尺先组装不加正像棱镜的望远镜，并对位于光轴上的约3m远处的标尺调焦，认清该尺所成的倒像。

2）按图8-1所示，在Lo的像面前方安置正像棱镜，并相应调节目镜高度，找到标尺的正像。

9杨氏双缝实验

实验装置（图9-1）

1：

钠灯（加圆孔光阑）

2：

透镜L1（f，=50mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

可调狭缝S（SZ-27）

5：

透镜架（SZ-08，加光阑）

6：

透镜L2（f′=150mm）

7：

双棱镜调节架（SZ-41）

8：

双缝

9：

延伸架

10：

测微目镜架

11：

测微目镜

12：

二维平移底座（SZ-02）

13：

二维平移底座（SZ-02）

14：

升降调节座（SZ-03）

15：

二维平移底座（SZ-02）

16：

升降调节座（SZ-03）

图9-1

实验步骤

1）使钠光通过透镜L1会聚到狭缝S上，用透镜L2将S成像于测微目镜分划板M上，然后将双缝D置于L2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杨氏条纹。

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

计算钠黄光的波长

。

10菲涅耳双棱镜干涉

实验装置（图10-1）

1：

钠灯

2：

透镜L1（f，=50mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

可调狭缝（SZ-27）

5：

双棱镜

6：

双棱镜架（SZ-41）

7：

测微目镜架（SZ-36）

8：

测微目镜

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

三维平移底座（SZ-01）

11：

二维平移底座（SZ-02）

12：

升降调整座（SZ-03）

另备凸透镜（f，=190mm）及架、座

图10-1

实验步骤

1）参照图10-1沿米尺安置各器件，使钠黄光通过透镜L1会聚在狭缝上。

双棱镜的棱脊与狭缝须平行地置于L1和测微目镜L2的光轴上，以获得清晰的干涉条纹。

2）测微目镜测量干涉条纹间距△x（可连续测定11个条纹位置，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。

3）保持狭缝和双棱镜位置不动，在双棱镜后用凸透镜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。

4）根据公式计算钠黄光波长

11菲涅耳双镜干涉

实验装置（图11-1）

1：

钠灯（加圆孔光阑）

2：

透镜（f，=50mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

可调狭缝

5-6：

菲涅耳双镜及镜架

7：

测微目镜架（SZ-36）

8：

测微目镜

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

三维平移底座（SZ-01）

11：

升降调整座（SZ-03）

12：

二维平移底座（SZ-02）

图11-1

实验步骤

1）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。

2）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。

3）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lo,得l=r+lo，根据

计算钠黄光的波长。

12劳埃德镜干涉

实验装置（图12-1）

1：

钠灯（加圆孔光阑）

2：

透镜（f，=50mm）

3：

二维架（SZ-07）

4：

可调狭缝（SZ-27）

5-6：

劳埃德镜及干版架

7：

测微目镜架（SZ-36）

8：

测微目镜

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

三维平移底座（SZ-01）

11：

升降调整座（SZ-03）

12：

二维平移底座（SZ-02）

图12-1

实验步骤

1）使钠光光束经透镜会聚到狭缝上，通过狭缝，部分光束掠入射劳埃德镜，被镜面反射，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）用实验10的方法测出条纹间距△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,根据公式

计算钠黄光波长。

13牛顿环

实验装置（图13-1）

1：

牛顿环支架

2：

牛顿环组件

3：

半透半反玻璃（分束器）

4：

显微镜

5：

测微目镜架

6：

二维平移底座（SZ-02）

7：

干版架（SZ-12）

8：

升降调节座（SZ-03）

9：

钠灯

10：

升降调节座

图13-1

实验步骤

1）按图13-1布置光路。

若牛顿环装置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，但不要拧得太紧。

2）调节分束器，使视场6mm测量范围内充满黄光。

消除视差。

尽量使干涉圆环在量程内对称分布。

3）从第14环开始逐环测定位置至第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m-n=5算出5个

值，取平均，代入公式

得出平凸透镜的曲率半径。

14夫琅禾费单缝衍射

实验装置（图14-1）

1：

钠灯

2：

狭缝（SZ-40）

3：

透镜（f，=150mm）

4：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

5：

狭缝（SZ-27）

6：

透镜（f’=300mm）

7：

二维架（SZ-07）或透镜架（SZ-08）

8:

测微目镜架（SZ-36）

9：

测微目镜

10：

三维平移底座（SZ-01）

11：

二维平移底座（SZ-02）

12：

升降调节座（SZ-03）

13：

二维平移底座（SZ-02）

14：

二维平移底座（SZ-02）

图14-1

实验步骤

1）参照图14-1沿米尺调节共轴光路。

2）使狭缝S1靠近钠灯，位于透镜L1的焦平面上，通过透镜L1形成平行光束，垂直照射狭缝S2，用透镜L2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，S1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

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。

15夫琅禾费圆孔衍射

实验装置（图15-1）

1：

钠灯

2：

小孔（φ1mm）

3：

衍射孔（φ0.2-0.5mm，多孔架）

4：

透镜（f，=70mm）

5：

二维调节架（SZ-07）

6：

测微目镜架（SZ-36）

7：

测微目镜

8：

三维平移底座（SZ-01）

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

二维平移底座（SZ-02）

图15-1

实验步骤

1）参照图15-1沿平台米尺安排各器件，调节共轴，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=589.3nm）、衍射小孔半径a和物镜焦距f’，可验证公式

16菲涅耳单缝衍射

实验装置（图16-1）

1：

激光器架（SZ-42）

2：

He-Ne激光器

3：

扩束器（f，=4.5mm）

4：

二维架

5：

可调狭缝

6：

白屏（SZ-13）

7：

升降调整座（SZ-03）

8：

三维平移底座（SZ-01）

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

升降调整座（SZ-03）

图16-1

调节与观察

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。

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。

17菲涅耳圆孔衍射

实验装置（图17-1）

1：

激光器架（SZ-42）

2：

He-Ne激光器

3：

扩束器（f=4.5mm）

4：

二维架（SZ-07）

5：

圆孔板（φ1.5mm，SZ-23）

6：

白屏（SZ-13）

7：

升降调节座（SZ-03）

8：

三维平移底座（SZ-01）

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

升降调整座（SZ-03）

图17-1

调节与观察

将实验16中的狭缝换成φ1.5mm的圆孔，使屏逐渐远离圆孔，会看到衍射图样中心亮—暗—亮的变化。

当距离为400mm时中心是暗的，距离为210和600mm时为亮点。

18菲涅耳直边衍射

实验装置（图18-1）

1：

激光器架（SZ-42）

2：

He-Ne激光器

3：

扩束器（f，=4.5mm）

4：

二维架（SZ-07）

5：

刀片

6：

二维干版架（SZ-18）

7：

白屏（SZ-13）

8：

升降调整座（SZ-03）

9：

二维平移底座（SZ-02）

10：

二维平移底座（SZ-02）

11：

升降调整座（SZ-03）

图18-1

调节与观察

将实验16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