专业:建筑工程 姓名:于春雷 学号:100030604
细丝直径测量
摘 要:测量细丝直径,可以使用游标卡尺、螺旋测微计等等较精密的机械工具,也可以使用读数显微镜、工具显微镜等精密光学仪器,还可以利用光的干涉原理,借助光学仪器,对微小细度进行测量。以下使用劈尖法进行细丝直径测量,其方法简单,直观性强,测量结果精度高,在高精度测量汇总更显示出其独特的作用。
关键词:细丝直径、劈尖法、等厚干涉、条纹
1.引言
在两片叠合的玻璃一端放入细丝,则玻璃片之间就形成一个空气劈尖。在垂直单色光照射下,劈尖的上、下两
表
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面的反射光相遇发生干涉,在显微镜下可观察到间隔相等的等厚干涉直条纹。
2. 实验原理
将两块光学平玻璃板叠在一起,一端插入一细丝,则在两玻璃板间形成一空气劈尖。两玻璃的交线称为棱边,在平行于棱边的线上,劈尖空气膜的厚度是相等的。当用平行单色光垂直照射劈尖时,在劈尖空气膜上、下表面反射的两束光发生干涉,形成一组与棱边平行的、等间距的直线干涉条纹,如上图所示。设某处空气薄膜的厚度为e,则两束相干光的光程差为
相邻两暗纹(或明纹)对应的空气厚度差
则细丝直径D为
; N为干涉条纹总条数
L为劈尖长度; S为两相邻明暗纹间距; λ为钠光波长:
3.实验
内容
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与步骤
1. 实验仪器
读数显微镜,45°反射镜,2片光学玻璃板,钠光灯,金属细丝,游标卡尺
2. 制作劈尖
将细丝夹在距劈尖一端的3-5mm处,将此端夹紧,将细丝拉直与劈尖边缘平行,再将劈尖另一端适度夹紧。
3. 调节读数显微镜
(1)把劈尖置于载物台,物镜正下方,用压片压住;旋松手轮把显微镜放于适中位置(当置物镜最下位置时不与劈尖相碰)。
(2)调节半反镜使之呈45度角,使读数显微镜的目镜中看到均匀明亮的黄色光场。
(3)调节读数显微镜的目镜直到清楚地看到叉丝,且分别与X,Y轴大致平行,然后将目镜固定紧。调节显微镜的镜筒使其下降(注意:应从显微镜外面看,而不是从目镜中看)。靠近劈尖时,再自下而上缓慢上升,直到从目镜中看清楚干涉条纹,且与叉丝无视差。
4.测量两条暗纹间距
转动测微鼓轮使载物台移动至最清晰的一段进行测量,选定某暗纹为第0条,记下该坐标X0,同方向旋转测微鼓轮至第10条暗纹处,记为坐标坐标X10,依次往下数10个分别记作,X20,X30,X40,X50,求得X0—X10,······的平均值分别记为S1,S2,S3,S4,S5, S6, S7, S8, S9, S10。
Si=(X10-X0)/10,
=(S1+S2+S3+S4+S5+S6+S7+S8+S9+S10)/n (n=10)。
5.测量劈尖长度L
用游标卡尺测量细丝到劈尖较远一端边缘的距离L,可以忽略误差只测量一次即可。
4. 计算细丝直径
根据
,用所得数据求
值,即细丝直径,已知λ=589.3×10-6mm.再计算不确定度。结果表达式为:
4.数据处理与实验结果表达式
L=47.10mm
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
X10
X20
X30
X40
X50
X60
X70
X80
X90
X100
20.811
23.011
25.326
27.546
29.858
32.158
34.574
36.970
39.573
41.943
Xn+1-Xn
2.208
2.200
2.315
2.220
2.312
2.300
2.416
2.396
2.603
2.370
原始数据表:X0=18.603mm 单位:mm
处理数据表: 单位:mm
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
S9
S10
0.2208
0.2200
0.2315
0.2220
0.2312
0.2300
0.2416
0.2396
0.2603
0.2370
0.2334
计算与数据处理:
5.结束语
干涉和衍射是光的波动性的具体表现。等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验,这次实验中所用的劈尖法测细丝直径,就是其具体的体现。并且运用了读数显微镜以及计算准确度,比较误差的方法的复习。
参考文献:
【1】 张彦纯.《大学物理实验》 机械工业出版社 2006.1
【2】 冯颖等. 《东北电力学院学报》 2003.4
【3】 何元金、马兴坤等. 《近代物理实验》 清华大学出版社