張勝海，吳天安，張　巖

(解放軍信息工程大學(xué)，河南 鄭州　450001)

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雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)中調(diào)節(jié)方法的改進(jìn)

張勝海，吳天安，張巖

(解放軍信息工程大學(xué)，河南 鄭州450001)

分析了雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)中傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法存在的缺陷，改進(jìn)了調(diào)節(jié)方法，使調(diào)節(jié)方法、步驟清晰，消除了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法中存在的某些盲目性，使學(xué)生能很快調(diào)節(jié)出干涉條紋，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

雙棱鏡；調(diào)節(jié)方法；改進(jìn)

雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的一個基礎(chǔ)光學(xué)實(shí)驗(yàn)，由于該實(shí)驗(yàn)對學(xué)生掌握光學(xué)儀器的精確調(diào)節(jié)具有很高鍛煉價值，因此很多實(shí)驗(yàn)工作者對該實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)方法[1]、實(shí)驗(yàn)方法[2-4]，數(shù)據(jù)處理方法[5]等進(jìn)行了探討，足見其在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的重要地位。但是，該實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生公認(rèn)的實(shí)驗(yàn)操作難度較大的實(shí)驗(yàn)。其難度主要體現(xiàn)在學(xué)生很難調(diào)節(jié)出清晰的干涉條紋。即使優(yōu)秀學(xué)生在做這個實(shí)驗(yàn)的時候，耗費(fèi)的時間也很長，甚至有的學(xué)生花費(fèi)3個學(xué)時的時間，也調(diào)節(jié)不出干涉條紋。使很多學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生恐懼心里，也使部分學(xué)生在選課時盡量避開該實(shí)驗(yàn)。為了使學(xué)生對該實(shí)驗(yàn)消除恐懼心理，也為廣大實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者提供一個方便的調(diào)節(jié)方法，我們對該實(shí)驗(yàn)的調(diào)節(jié)方法進(jìn)行了細(xì)致的研究和分析，找到了一種快速并且必定能調(diào)出干涉條紋的調(diào)節(jié)方法。

1　實(shí)驗(yàn)原理和傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法簡介

1.1實(shí)驗(yàn)原理

圖1　雙棱鏡產(chǎn)生雙光束干涉原理圖

1.2實(shí)驗(yàn)傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法與步驟：

(1) 共軸調(diào)節(jié)：把狹縫、凸透鏡、像屏置于光具座上，高低基本一致，鈉燈置于狹縫前，先把狹縫調(diào)得寬一些，以便容易觀察。先使狹縫到像屏的距離大于凸透鏡焦距的4倍，然后移動透鏡成小像時調(diào)像屏，成大像時調(diào)透鏡，使狹縫S的大、小像中心都處于像屏的中心。

(2) 把雙棱鏡置于狹縫與凸透鏡之間，調(diào)其高低左右與原光路共軸，并縱向微調(diào)凸透鏡的位置使像屏上出現(xiàn)兩個虛光源S1和S2的像的光強(qiáng)基本相同。

(3) 用測微目鏡代替像屏，調(diào)節(jié)測微目鏡與其他元件共軸，調(diào)節(jié)透鏡前后位置，在測微目鏡中觀察到清晰的大像和小像，并測量大像間距a1和小像間距a2。

(4) 把凸透鏡從光具座上取下，適當(dāng)減小測微目鏡到屏的距離，調(diào)節(jié)狹縫寬窄和雙棱鏡楞脊方向，直至觀察到清晰的干涉條紋，然后測量15條干涉條紋的間距，并測量狹縫到測微目鏡分劃板間的距離L。

1.3對傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法與步驟的分析

1.2中的調(diào)節(jié)方法，對于熟練的老師而言是清楚明了的，但對于初次做該實(shí)驗(yàn)，甚至做過幾次但并不熟練的學(xué)生而言，要想調(diào)出清晰的干涉條紋是很困難的。在上述方法中，第(1)、(2)、(3)步?jīng)]有不妥之處，但這樣測得虛光源間距，有可能因狹縫太寬造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。第(4)步表述籠統(tǒng)，學(xué)生往往不知道狹縫寬度多大為合適，在調(diào)節(jié)雙棱鏡棱脊的方向時也顯得很盲目，因?yàn)椴恢朗裁辞闆r雙棱鏡的棱脊與狹縫平行。有的老師會告訴學(xué)生，當(dāng)調(diào)出清晰條紋時就平行了，問題是很難調(diào)出干涉條紋。因?yàn)橐{(diào)出清晰的干涉條紋必須滿足四個條件：狹縫的寬度滿足空間干涉條件；雙棱鏡的棱脊與狹縫平行；雙棱鏡的棱脊處于狹縫的中央，產(chǎn)生的干涉條紋處于測微目鏡的視場中。但是依據(jù)上述方法調(diào)節(jié)時，四個條件很難同時滿足，而且在調(diào)節(jié)時還會相互影響，如：調(diào)小相逢時，狹縫的中心就會偏離原來的位置，雙棱鏡棱脊的位置也需要移動，因此在測微目鏡中很難觀察到清晰的干涉條紋。為此我們提出如下的調(diào)節(jié)方法和步驟。

2　調(diào)節(jié)方法和步驟的改進(jìn)

前兩步仍按1.2中(1)、(2)進(jìn)行調(diào)節(jié)。以后步驟按下述方法步驟進(jìn)行操作。

(3) 用測微目鏡代替像屏，調(diào)節(jié)測微目鏡與其他元件共軸，在測微目鏡中可以觀察到兩條光帶。

(4) 調(diào)節(jié)狹縫寬度使其滿足狹縫的空間許可條件[6]，當(dāng)可以在狹縫周圍明顯地觀察到明暗相間的條紋時，狹縫寬度就合適了。

(5) 前后移動凸透鏡，在測微目鏡中觀察清晰的大像或小像前，可以觀察到如圖2(a)所示的光帶時，說明狹縫與雙棱鏡棱脊不平行，需要調(diào)節(jié)狹縫和雙棱鏡棱脊方向，當(dāng)觀察到如圖2(b)或圖2(c)所示情況時，說明狹縫和雙棱鏡棱脊方向平行且處于豎直方向，但兩條光帶若寬度不同(如圖2(b)所示),則說明雙棱鏡棱脊不再狹縫中央，此時左右調(diào)節(jié)狹縫位置，直至出現(xiàn)圖2(c)所示的兩個光帶寬度一樣(可以通過測微目鏡測出兩個光帶的寬度進(jìn)行比較)，此時，雙棱鏡的棱脊就處于狹縫的中央了。

圖2　測微目鏡中觀察到的非清晰的大像或小像時的光帶

(6) 前后移動凸透鏡，直至出現(xiàn)如圖3(a),(b)所示清晰的大像或小像時(圖2(c)中的兩光帶變?yōu)殇J細(xì)的兩條亮線)，測出間距a1,a2。圖3中的大象在拍照時因光較強(qiáng)，在亮線周圍出現(xiàn)了光暈，其中白色的亮線才是大像。

圖3　測微目鏡中看到的清晰圖像：a大像、b小像、c干涉條紋

(7) 把凸透鏡從光具座上移除，并把測微目鏡適當(dāng)向雙棱鏡移近，此時可以在測微目鏡中觀察到干涉條紋，若條紋不清晰，可以稍微調(diào)節(jié)雙棱鏡的棱脊方向，即可觀察到如圖3(c)所示的清晰干涉條紋。測出10個以上的干涉條紋的間距，求得Δx。

3　結(jié)　　論

利用改進(jìn)的調(diào)節(jié)方法，從測量虛光源間距到調(diào)節(jié)出干涉條紋，前后渾然一體，既避免了調(diào)節(jié)干涉條紋時盲目操作，也避免了測量虛光源間距因狹縫太寬造成的測量不準(zhǔn)確，自第(3)步調(diào)節(jié)開始，都通過觀察測微目鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，使調(diào)節(jié)有章可循，也使調(diào)節(jié)更準(zhǔn)確、更快，特別是能更快地調(diào)節(jié)出清晰的干涉條紋，節(jié)省了調(diào)節(jié)時間，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

[1]方陽.雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)中調(diào)出干涉條紋的好方法[J].物理教學(xué)探討,2013,31(457):57-58.

[2]王明吉，張利巍，王曉莉．雙棱鏡干涉4種實(shí)驗(yàn)方法的研究與探討[J]．物理實(shí)驗(yàn)，2008，28(4)：25-27．

[3]王樸，彭雙艷．菲涅耳雙棱鏡放置方式對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響[J]．物理實(shí)驗(yàn)，2009,29(10)：34-37．

[4]陳余行，陳良雷,雙棱鏡干涉中虛光源的測量方法對實(shí)驗(yàn)的影響[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2014,27(1):32-33.

[5]余小英，李凡生．基于Matlab的雙棱鏡干涉圖像處理研究[J]．物理實(shí)驗(yàn)，2010，30(5)：28-31．

[6]陸改玲，陳霞，于躍洋，空間相干性條件在雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn)中的必要性討論[J].中國校外教育雜志:課程探索,2014.12:462.

Improving the Adjustment Method in the BiprismInterferenceExperiment

ZHANG Sheng-hai,WU Tian-an,ZHANG Yan

(PLA Information Engineering University,Henan Zhengzhou 450001)

Itisanalysedforthedefectsinthetraditionaladjustmentmethod,andoneimprovingmethodisproposed.Themethodisclearfortheadjustmentstepsandeliminatessomeblindnessintraditionaladjustmentmethod,so,thestudentscanquicklygettheclearinterferencefringes,theexperimentalefficiencyisalsoImproved.

biprism；adjustmentmethod；improvement

2016-05-09

1007-2934(2016)04-0059-03

O436.1

ADOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.004.019