大物实验

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大学物理实验自组望远镜实验报告

篇一：光学基础实验

光学基础实验报告

班级：081XX学号：081XXX

姓名：XX

同组者姓名：X、

X

目录

实验一自组望远镜

----------------------------------------3实验二薄

透镜焦距的测定--------------------------------5实

验三透镜像差的观测

----------------------------------12实验四实验五

实验六

偏振光光学实验

-----------------------------------------19测量光

栅常数

--------------------------------------------25双

缝干涉实验

--------------------------------------------26

实验一自组望远镜

一、实验目的

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了解透镜成像规律和望远镜的基本原理及结构，并掌握

其调节、使用和测量它的放大率的两种方法。二、实验原

理

最简单的望远镜是由一片长焦距的凸透镜作为物镜，用

一短焦距的凸透镜作为目镜组合而成。远处的物经过物镜在

其后焦面附近成一缩小的倒立实像，物镜的像方焦平面与目

镜的物方焦平面重合。而目镜起一放大镜的作用，把这个倒

立的实像再放大成一个正立的像，如图一所示。三、实验

仪器

光学平台、带调节架的底座、透镜（焦距不等）、激光

光源、白屏、微尺、毫米尺、带底座的米尺等。四、原理

光路图

图一

五、实验步骤

1、把全部器件按图一的顺序摆放在平台上，通过激光

光源和透镜成像规律

将所有元件调至共轴。

2、选取一个焦距大的为物镜（本实验f=200mm），一个

焦距小的为目镜

（f’=75mm），按光路图组装好，并调焦，看到清晰成

像。

3、将千分尺调节成d1=5mm，放在S1=1000mm处作为要

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观察的成像物体。4、一只眼通过目镜观察千分尺成像，另

一只眼直接观察千分尺，比较读出

像的长度d2。

5、求出望远镜测量放大率M=d2/d1，并与理论值比较。

6、对结果进行误差分析。六、实验数据处理与分析

实验测量的d2=19mm，由望远镜测量放大率：

M=d2/d1=3.8

与理论值比较M?

tg?tg?

'

?

S2(S1?S2?S3)

S1S3

=3.4

相对误差

可见误差还是比较大的，分析其中原因可能主要有：1、

望远镜焦距f、f’与实际的S2、S3存在差距；2、由于读

d2时主要由人眼辨别读出可能存在较大误差。

七、思考题

1、根据透镜成像规律，怎样用最简单的方法区别凸透

镜和凹透镜？

答：凸透镜成像，物距由近及远依次为正立放大的虚

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像、不成像、倒立放大的实像、倒立等大的实像、倒立缩小

的实像；而凹透镜只能成正立缩小的虚像。另外凸透镜对光

线有聚集的作用，把它放在阳光或是灯光下调整会出现一个

明亮光斑；凹透镜对光线有发散的作用，把它放在阳光或是

灯光下调整不能得到一个明亮光斑。

实验二薄透镜焦距的测定

一、实验目的

1.学会测量透镜焦距的几种方法。

2.掌握简单光路的分析和光学元件等高共轴调节的方

法。3.进一步熟悉数据记录和处理方法。4.熟悉光学实验的

操作规则。二、实验原理

2.1凸透镜焦距的测定1.粗略估测法：

以太阳光或较远的灯光为光源，用凸透镜将其发出的光

线聚成一光点(或像)，此时，

即该点(或像)可认为是焦点，而光点到透镜中心(光心)

的距离，

即为凸

透镜的焦距，此法测量的误差约在10％左右。由于这种

方法误差较大，大都用在实验前作粗略估计，如挑选透镜等。

图1薄透镜成像

2.利用物距像距法求焦距：

当透镜的厚度远比其焦距小的多时，这种透镜称为薄透

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镜。在近轴光线的条件下，薄透镜成像的规律可表示为：

（1）

当将薄透镜置于空气中时，则焦距

（2）

(2)式中,f’为像方焦距；f为物方焦距;s’为像距；

s为物距。

式中的各线距均从透镜中心(光心)量起，与光线进行方

向一致为正，反之为负，如图1所示。若在实验中分别测出

物距和像距，即可用式(2)求出该透镜的焦距。但应注意:

测得量须添加符号，求得量则根据求得结果中的符号判断其

物理意义。

3.自准直法：

篇二：大物实验7.1自组显微镜和望远镜

实验7.1自组显微镜和望远镜

一．目的

1.测量实验室提供透镜的焦距，选出适合组成显微镜

和望远镜的透镜组

2.设计出自组显微镜的光学系统，画出光路图。说明

其结构和简单原理。并用选择的透镜

组成显微镜

3.设计出自组望远镜的光学系统，画出光路图。说明

其结构和简单原理。并用选择的透镜

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组成望远镜

4.测量自组显微镜的视觉放大率，画出其测量光路。

5.估测出自组望远镜的视觉放大率。

二．仪器

GsZ-Ⅱ光学平台、带有毛玻璃的白炽灯光源、薄透镜、

分束镜（1：1）、可调支架、分划板（0.1mm、0.2mm和1mm）、

白色像屏等。

三．原理

1．测量薄透镜焦距的方法

自准法：自准法是自准直技术的简称。无限远的物

经透镜成象，象处在透镜的焦平面上。自准直技术在光

学实验中通常是指产生平行光束或获得处于无限远的

物的方法。自准法测量透镜焦距就是首先利用待测透镜自身

产生一个位于无限远的物，再用待测透镜对它成象，通过测

量象与透镜之间的距离来确定透镜的焦距。自准

直法测量透镜焦距的原理如图1所示。当物y位于透镜

的焦平面上时，经透镜L和平面反射镜所组成的光学系

统后，如果在焦平面上成一与物等大的倒立实象，物到

透镜中心的距离就是透镜的焦距。

最简单的显微镜和望远镜都由两个正焦透镜组成（物镜，

目镜）像于目镜物方焦点以内，并且靠近物方焦点或位于物

方焦点处；目镜起放大镜作用。

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2．自组显微镜的光学系统的结构及简单原理

显微镜是一种助视光学仪器。显微镜是用来观察和测量

有限远微小目标的工具。选择两块合适的透镜作显微镜的物

镜和目镜，调整使光学系统共轴（等高共轴）。固定两透镜

之间的距离L为18cm。

被观察的物y1

处在物镜前面一倍焦距和二倍焦距之间，它经物镜在目

镜的焦平面上成

一放大的倒立实象y2，通过目镜后成一倒立的虚象y3

于无限远处。显微镜的视角放大率为：Γ=－?·250f0·fe

由上式可知，显微镜的视角放大率等于它的物镜的垂轴

放大率和目镜的视角放大率的乘积

3．自组望远镜的光学系统的结构及简单原理

望远镜用于观察远处大物体的细节。望远镜的物镜焦距

比较长，它的作用是使远处的物体y1在像方一边成一个实

像y2，然后再通过物镜将此实像放大，使之成像在明视距到

无限远处的任意位置上。

在许多情况下，用望远镜所观察的物体并非处于无线远，

这时通过改变物镜和目镜之间的距离进行调焦，使物体通过

物镜所成的实像位于目镜的物方焦平面以内，再经目镜在明

视距离外成一虚像。其光路如图4所示。望远镜在观察有限

远物体时的视角放大率为

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tgω'S(S+S+S)Γ=tgωS1S3

4．测量自组显微镜视觉放大率的原理

测量显微镜放大率可用目测的方法。用0.1mm分划板A1

作为物，另外在目镜后面放置一块与光轴成45°的半透半反

分束镜，在与光轴垂直方向相距25cm（明视距离）处放置另

一分划板A2，通过调节作为物的分划板位置使人眼同时看清

两块分划板，且两者无视差，读出未经显微镜放大的分划板

上的刻线格数N2，以及N2格所对应于被显微镜放大的分划

板上的格数N1，则显微镜的测量放大率

M=NN1

5．估测自组望远镜视觉放大率的原理

估测自组望远镜视觉放大率，在望远镜光路上，以一分

划板作为物，用一只眼睛通过目镜和物镜看清分划板上的刻

线N1格，再用另一只眼睛直接观察分划板上的刻线，读出

对应通过望远镜读得N1格上的格数N2，则望远镜估测放

大率

M=NN1

篇三：大学物理设计性实验《光强对普朗克常数测定影响的

研究》

光强对普朗克常数测定影响的研究

实验者姓名：班级：(本文来自：小草范文网:大

学物理实验自组望远镜实验报告)学号：联系方式：

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指导老师：

摘要：本报告对光电效应法测普朗克常数的实验原理、

步骤、仪器及一些注意事项进行了简要介绍。分别运用了图

示法和线性回归法处理数据算得普朗克常量，对比得出了更

加准确的处理方法，并运用office软件对数据进行了处理，

有效地控制了直线拟合的人为误差。对实验的误差来源进行

了探究，并对实验结果进行了分析,最后得出结论：光强对

普朗克常数测定没有影响。

关键词：爱因斯坦光电效应方程，光强，光电流，截止

电压，普朗克常数。

同组者姓名：班级：学号：联系方式：

【引言】

光电效应现象是1887年H.赫兹最早发现的，详细的研

究一直到1914年，研究中发现光电效应的基本规律无法用

经典电磁理论做出完满的解释。直到1905年，爱因斯坦应

用了普朗克的“量子论”，提出了“光量子”概念，才圆满

地解释了光电效应现象，并给出了光电效应方程。密立根用

了10年的时间对光电效应进行定量的实验研究，证实了爱

因斯坦光电效应方程的正确性，并精确测出了普朗克常数。

爱因斯坦和密立根均因光电效应等方面的杰出贡献，分别于

1921年和1923年获得诺贝尔物理奖。

利用光电效应现象已制成光电管，光电倍增管等光电器

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件，在科学技术中得到了广泛应用。【实验目的】

1.掌握验证爱因斯坦光电效应方程及测定普朗克常数h

的方法。

2.进一步学习对光电管伏安特性曲线的处理方法，并用

以测定普朗克常数。3.研究改变光强对普朗克常数测定是

否有影响。【实验原理】

1、光电效应与爱因斯坦方程

用合适频率的光照射在某些金属表面上时，会有电子从

金属表面逸出，这种现象叫做光电效应，从金属表面逸出的

电子叫光电子。为了解释光电效应现象，爱因斯坦提出了“光

量子”的概念，认为对于频率为

的光波，每个光子的能量为

式中，为普朗克常数，它的公认值是

=6.626

。

按照爱因斯坦的理论，光电效应的实质是当光子和电子

相碰撞时，光子把全部能量传递给电子，电子所获得的能量，

一部分用来克服金属表面对它的约束，其余的能量则成为该

光电子逸出金属表面后的动能。爱因斯坦提出了著名的光电

方程：

（1）

为被光线

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由（1）式可见，入射到金属表面的光频率越高，逸出

的电子动能必然也越大，所以即使阴极不加电压也会有光电

子落入阳极而形成光电流，甚至阳极电位比阴极电位低时也

会有光电子落到阳极，直至阳极电位低于某一数值时，所有

光电子都不能到达阳极，光电流才为零。这个相对于阴极为

负

显然，有

（2）

代入（1）式，即有

（3）

由上式可知，

则不能产生光电子。

量子的数量，所以光电流与入射光的强度成正比。又

因为一个电子只能吸收一个光子的能量，所以

，将（3）式改写为

（4）

2

（5）

式（5

是电子的电量。

U0-v直线

2、光电效应的伏安特性曲线

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下图是利用光电管进行光电效应实验的原理图。频率

为、强度为

的光线照射到光电管阴极

上，即有光电子从阴极逸出。如在阴极K和阳极A

它使K、A之间建立起的电

场对从光电管阴极逸出的光电子起加速作用，

到达阳极的光电子将逐渐增多。

当正向电压

即称为饱和光电流。

光电效应原理图

由于光电子从阴极表面逸出时具有一定的初速度，所以

当两极间电位差为零时，仍有光电流I存在，若在两极间施

加一反向电压，光电流随之减少；当反向电压达到截止电压

时，光电流为零。

爱因斯坦方程是在同种金属做阴极和阳极，且阳极很小

的理想状态下导出的。实际上做阴极的金属逸出功比作阳极

的金属逸出功小，所以实验中存在着如下问题：（1）暗电

流和本底电流存在，可利用此，测出截止电压（补偿法）。

（2）阳极电流。制作光电管阴极时，阳极上也会被溅

射有阴极材料，所以光入射到阳极上或由阴极反射到阳极上，

阳极上也有光电子发射，就形成阳极电流。由于它们的存在，

使得I～U曲线较理论曲线下移，如下图所示。

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伏安特性曲线

【实验方案设计】

一．仪器用具

GD-3型光电效应实验仪，光源为低压汞灯(可用谱线为

365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm)，

GD-27型光电管，ZD-2型介质膜干涉滤光片组(中心波长为

365.0nm，404.7nm，435.8nm，491.6nm，546.1nm，577.0nm)。

二．试验方法步骤1.调整仪器

(1)连接仪器；接好电源，打开电源开关，充分预热（不

少于20分钟）。

(2)在测量电路连接完毕后，没有给测量信号时，旋转

“调零”旋钮调零。每换一次量程，必须重新调零。

(3)取下暗盒光窗口遮光罩，换上365.0nm滤光片，取

下汞灯出光窗口的遮光罩，装好遮光筒，调节好暗盒与汞灯

距离。2.测量光电管的伏安特性曲线

(1)调节“电压调节”旋钮，从-3.00V开始，缓慢增加，

先粗测一遍，观察不同滤光片下的电流变化情况，记下电流

明显变化的电流值，以使下次进行精确测量。

(2)在粗测的基础上，进行精确测量，从短波长起小心

地换上滤光片，仔细读出不同频率射光照射下的光电流，记

录在表格内。在电流开始变化的地方多读几个数据并记录。

3.绘制伏安特性曲线

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做出不同滤光片的伏安特性曲线，找出不同频率下的截

至电压。4.绘制频率-截止电压曲线

做出频率-截止电压图线，求出斜率，再根据公式，求

出普朗克常数。5.改变L(改变光强)重做实验

改变光源与暗盒间的距离L（也就是改变光强），重做上

述实验。

【实验数据】

数据处理方法：

（1）利用坐标纸：

根据实验数据在坐标纸上画出每个频率下的伏安特性

曲线，并找出相应的截止电压、作出截止电压——频率图，

找出斜率K，再根据公式h=ek求出普朗克常数。

（2）利用电脑：

将实验数据输入在Excel表格中，点击“图表向导”作

出每个频率下的伏安特性曲线图形，确定截止电压；再利用

截止电压——频率数据作出截止电压——频率图，鼠标指向

图线，按鼠标“右键”，点击“添加趋势线”，在“类型”中

选则“线性（L）”，在“选项”中选“显示公式（E）”，在显

示图形上，可直接确定斜率的大小，根据公式h=eK求出普

朗克常数。

（3）不确定度的处理方法

在Excel中选：4个空格→fx→统计→Linest(双击)→

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分别在表格最上的1、2两行中，填入原始数据（截止电压、

频率）；在3、4两行中，分别填入true、true→

(Ctrl+Shift+Enter),则第一列第一行为斜率拟合值，第一

列第二行为斜率拟合不确定度.

1.第一组实验

不同频率下的伏安特性曲线

-2-3

距离：L=16.00×10m；光阑孔直径Φ=5.00×10m；

-5

S