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《擴展光源對測量誤差的影響》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、萬方數(shù)據(jù)2010年第2期物理通報物理實驗教學擴展光源對測量誤差的影響*杜丹王振華．龔學余胡解生(南華大學數(shù)理學院湖南衡陽421001)目前，大部分高校做牛頓環(huán)實驗時，一般采用的都是擴展光源鈉光燈．因擴展光源可看成由無窮多點光源組成?，可以增加等厚干涉條紋的亮度，所以教材上都指出用擴展光源做牛頓環(huán)實驗有利無害，但很少強調(diào)擴展光源放置的位置和形狀對等厚干涉條紋的影響．我們在牛頓環(huán)實驗中進行探究式教學時發(fā)現(xiàn)，擴展光源放置的位置可以影響干涉條紋的形狀，要觀察到正規(guī)的同心圓環(huán)必須保證射向顯微鏡反射鏡的光與鈉光源截面的中心對稱垂直；在擴展鈉光源前放置適當大小的透光圓孔障礙物，普
2、通的擴展鈉光源變成具有對稱性的面光源，這種光源減小了因光線不對稱導致的條紋可見度的不均勻，所以用它做牛頓環(huán)實驗不僅可以減小測量誤差，而且產(chǎn)生的干涉條紋可見度好．實驗采用南華大學自制的光電等厚干涉儀[2]，該儀器將CCD技術(shù)應(yīng)用于牛頓環(huán)實驗，在監(jiān)視器上實現(xiàn)數(shù)值化測量，操作簡單，直觀性好，避免了因視覺疲勞引起的條紋計數(shù)錯誤和傳統(tǒng)的螺旋測微法因碰撞、振動等因素造成的“回程誤差”，測量精度高．1光電等厚干涉儀光電等厚干涉儀主要由顯微鏡，CCD攝像機，廠————]圖傲kLLrPndd二量唔一：I∑∑I二半l一4⑨糊環(huán)匆楸I75-％·I◎物《光6lHIINOUT]lI復舍圖像同
3、步觸發(fā)bDz—l光電綜合實驗儀OLo●章《》I電源測量麗_測量蛔◎[]。南華大學o*南華大學校級教改課題(2009zz066)圖1光電等厚干涉儀調(diào)瞳大小，為能清晰看到，可戴墨鏡讀數(shù)．這樣入射光瞳與出射光瞳都可簡單得到，放大率也可計算，整個操作簡單方便．參考文獻1趙凱華．新概念物理教程．光學．北京：高等教育出版社，2004．69～71—56—2楊述武，趙立竹，沈國土．普通物理實驗(光學部分)．北京：高等教育出版社，2007．43．493霍印林，韓寶亮，周軼軍．比較板法測望遠鏡發(fā)大率．河北職業(yè)技術(shù)師范學院學報，2003，17(3)：65。674張春榮，蘇萍．游碼法測定望
4、遠鏡的放大率．高師理科學刊．1998，18(4)：84—85萬方數(shù)據(jù)2010年第2期物理通報物理實驗教學監(jiān)視器，數(shù)字測量器，牛頓環(huán)裝置，光刻標尺等構(gòu)成．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示．該儀器將光的干涉條紋圖像信號轉(zhuǎn)換為電信號在監(jiān)視器屏幕上顯示，并采用數(shù)字邏輯電路在監(jiān)視器屏幕上產(chǎn)生兩條能在水平方向移動的測量線．測量時通過調(diào)節(jié)儀器面板上的測量旋鈕可改變測量線在屏幕水平方向的位置，使兩測量線分別與被測長度的兩端對齊．這時LED數(shù)碼顯示器上將顯示一個記數(shù)值，而且長度值與記數(shù)值成比例，因此待測長度可按如下公式計算L測；磐．￡標(1)L測。瓦‘L標kl，。’懷其中￡測為某一待測長度，L標為
5、標尺上某一標準長度，Ⅳ測和JI＼，標分別為￡測和￡標對應(yīng)的記數(shù)值．2測量和數(shù)據(jù)處理為了提高學生的動手能力、創(chuàng)新能力以及解決實際問題的能力，在牛頓環(huán)實驗中引入探究式教學，對不同層次的學生采用不同的教學方式，鼓勵學生進行自主學習，激發(fā)他們的探究動機．在教學過程中，有學生注意到，同一級牛頓環(huán)，有時會出現(xiàn)左邊條紋明暗對比清晰，右邊明暗對比不清晰．為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象?通過查資料和進一步做實驗，我們發(fā)現(xiàn)，在保證平凸透鏡和平玻璃板表面都是光滑的前提條件下，牛頓環(huán)可見度的這種影響主要由鈉光源決定。如果學生實驗時沒有保證射向顯微鏡反射鏡的光的傳播方向與鈉光源截面的中心對稱垂直，就可
6、能導致干涉形成的同一級牛頓環(huán)光強分布不均勻．事實上，鈉光源截面的中心對稱點學生是很難判斷準確的．為了減小學生因為這方面導致的測量誤差，我們在鈉光源的前面加了一個透光圓孔障礙物．實驗時，學生只需要調(diào)節(jié)通過圓心的光的傳播方向與圓孔平面垂直，實驗觀察封的同一級牛頓環(huán)的光強就會處處相同．另外通過多次實驗，我們總結(jié)出：如果實驗時讓圓孔到顯微鏡反射鏡的距離與圓孔直徑的比值髫控制在10≤菇≤40，圓孔到顯微鏡反射鏡的距離控制在10cm和30em之間，在這個范圍內(nèi)通過障礙物的光能量足夠多，放置透光圓孔障礙物時產(chǎn)生的牛頓環(huán)亮度與沒有放置障礙物時直接觀察的條紋亮度相差不大，并且因為透光
7、圓孔障礙物減小了因光線不對稱導致的條紋可見度的不均勻，測量時能減小實驗誤差．圖2(a)是沒有在鈉光源前放置透光圓孔障礙物時實驗觀察到的牛頓環(huán)，圖2(b)是在鈉光源前放置一直徑為lOmm的透光圓孔障礙物時觀察到的牛頓環(huán)；兩種情況下光源到顯微鏡距離都為300mm．對比圖2(a)和圖2(b)，可以看出放置障礙物后的實驗獲得的干涉條紋明暗對比清晰，亮條紋十分明亮且邊緣清晰，干涉條紋可見度好．而沒有放置障礙物實驗產(chǎn)生的干涉條紋明暗對比不是很清晰，同級干涉條紋的亮度分布不均勻，即干涉條紋可見度降低，用實驗方法不易測定最大值或最小值的精確位置．圖2用這兩種不同擴展光源產(chǎn)生的牛
