2. 【实验简介】
透镜是种类繁多的光学仪器中最基本
的元件，反映透镜的一个重要参量是焦
距。在不同的实验场合，由于实验目的
的不同往往需要焦距不同的透镜或者多
个透镜组成的透镜组，因此，为了正确
使用光学仪器，就必须掌握透镜的成像
规律，学会光路的基本调节技术和透镜
焦距的测量方法。
10. 【思考题】
1 ．为什么要调节光学系统共轴？调节共轴有
哪些要求？怎样调节？
2 ．为什么实验中用白屏在作为成像的光
屏 ; ？能否用黑屏、透明玻璃、毛玻璃屏？
为什么？
3 ．为什么用磨砂灯泡照明狭缝作为实物最好
？为什么用单色光更好些？
4 ．为什么实物经会聚透镜两次成像时，必须
使物体与白屏之间的距离大于透镜焦距的 4
倍？
11. 实验四 杨氏双缝干涉实验
天水师范学院物理与信息科学学
院
12. 【实验简介】
杨氏双缝干涉实验是在光学发展史上有重要的
意义的实验之一。英国科学家托马斯杨巧妙地设计
了双缝实验，观察到了光的干涉现象，有力地支持
了惠更斯等人的观点，从此，光的波动理论成为主
了惠更斯等人的观点，从此，
流。在二十世纪初，光电效应的发现使得光的波动
理论遇到极大的困难，以爱因斯坦为代表的科学家
用光量子理论，成功地解释了光电效应。光量子理
论认为光是一份份的能量子，每个光子的能量为，
至此，光又体现出了它的“粒子性”，只不过，这
个粒子与牛顿所说的“粒子”有根本的不同。随着
近代物理学的发展，人们对光的本性有了明晰的认
识：光是波动性和粒子性的矛盾统一体，具有波粒
14. 【实验原理】
一、相干条件
空间两列波在相遇处要发生干涉现象，这两
列波必须满足以下三条相干条件。 1 ）振
动方向相同； 2 ）频率相同； 3 ）相位差
。
恒定。
二、干涉原理
杨氏双缝干涉属于分波阵面干涉，其相干光
路图如图 5-4-1 所示。
15. D
∆x = x k +1 − x k = λ (5-4-4)
a
若用已知波长的单色光入射双缝，由 5-4-2 式可知
，在屏上读出 0 级明纹中心的位置和第 k （ k >1 ）
级明条纹中心所在屏上的位置，和双缝到屏之间的
距离，就可测得双缝间距 a 。
D
a= kλ
x k − x0 k = 0、 2、、
1、 3 （ 5-4-7 ）
另外，若用未知波长的单色光入射双缝，由 4-4-2
式可知，在屏上读出 0 级明纹中心的位置和第级明
条纹中心所在屏上的位置，测得双缝到屏之间的距
离，以及双缝间距，就可测得单色光的波长
16. a x k − x0
λ= k = 0、 2、
1、 3、 （ 5-4-8 ）
kD
三、缺级现象
21. 【实验简介
】
迈克尔逊干涉仪是 1883 年美国物理学家迈克尔逊和
莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密
光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。
通过调整该干涉仪，可以产生 等厚干涉条纹 ，也可以产
生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观
察到干涉条纹移动一条，便是的动臂移动量为，等效于
与之间的空气膜厚度改变。在近代物理和近代计量技术
中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺
等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理，研制
出多种专用干涉仪。
22. 【实验目的】
1 ．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用。
2 ．用迈克尔逊
干涉仪测量钠黄光波的波长。
3 ．用迈克尔逊干涉仪测量钠黄双线的波长差
。
4 ．用迈克尔逊干涉仪测量透明介质薄片的折
【实验仪器】
射率。
迈克尔逊干涉仪、 He-Ne 激光
器及电源气室、气压计及表头（空气折射率
实验）钠、钨两用灯（白光干涉实验）、扩
束透镜、毛玻璃屏、读数小灯等。
23. 【实验原理】
干涉仪是凭借光的干涉原理以
测量长度或长度变化的精密光学仪。干涉仪
有多种构造形式，实验室中最常用的是迈克
尔逊干涉仪，其构造简图如图 5-8-1 所示。
24. 如图 5-8-2 所示，从光源 S 发出的光束射向分束
器 BS ，经该处反射和透射分成两路进行，一路
被平面
镜 M 1 反射回来，另一路通过补偿板 CP 后被平
M
面镜2 沿原路返回，最后都到达 E 处。既然
这两列光波来自光源上同一点 O ，因而是相干
光，在处的观察者能看到干涉图样。
25. 一、波长的测量原理
当 和 相互平行时，所得干涉为等倾干涉，干涉条
′
M1 M 2
纹的形状决定于具有相同入射角的光分布的轨迹。自 和
反射的两光波的光程差应为： ′
M1 M2
（ 5-8-1 ）
∆ = 2d cos i
其中 为反射光在平面镜 上的入射角。对于第 级亮
M1
i 条纹，则有 k
2d cos ik = kλ （ 5-8-2 ）
M2
只要数出涌出或陷入的条纹，即可得到平面镜 以波长为
单位而移动的距离。显然，若有个条纹从中心涌出时，则表明
λ
相对于移远了∆d = N
2
（ 5-8-3 ）
26. 二、钠黄双线波长差的测量原
理
当 和 互相平行时，得到明暗相间
M1 M 2
′
的圆形干涉条纹。
λ2
∆λ（ 5-8-6
= ）
2∆d
λ
只要知道两波长的平均值M 2 和
∆d
镜移动的距 离 就可以求出两者的
波长差。根据这一原理，可以从实验中测
D
量钠光 双线的波长差。
28. 四、空气折射率的测量原理
l
用小功率激光器作光源，将内壁长为
的小气室放入迈克尔逊干涉仪的光路中，
干涉图样随气室里气压的变化而变化：当
气压增加时，干涉圆环从中心涌出；反之
，干涉圆环向中心陷入。通过研究压强变
化与条纹移动的关系可以得到折射率。
空气在环境气压下的折射率为：
Nλ P0
n0 = 1 + ×
2l ∆P
（ 5-8-8 ）
