衍射法微小线径的测定
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大学物理实验设计方案
及实验报告
实验题目：微小线径的测定
专业班级：
姓名：
指导教师：
2005年11月6日
实验七 微小线径的测定
本实验是采用光的衍射方法，根据巴俾涅（Babinet ）原理来间接测量头发丝的直径。
实验目的
1．观察细线衍射现象 。 2．验证光的衍射理论。
3．学会用衍射法测量细丝的直径。
实验原理
根据巴俾涅（Babinet ）原理“两个互补屏所产生的衍射图形，其形状和光强完全相同，仅相位差为π/2。”可知细丝衍射图形和狭缝衍射图形是相同，细丝衍射计算和狭缝衍射计算相同。
当光在传播过程中经过障碍物时，例如不透明物体的边缘、不透明物体中的小孔、细线、狭缝等，一部分光会传播到几何阴影中去，产生衍射现象。如果障碍物的尺度与波长相近，那么这样的衍射现象就比较容易观察到。单缝衍射可分二种：1）菲涅耳衍射，单缝距光源和接收屏均为有限远或者说入射波和衍射波都是球面波；2）夫琅和费衍射，单缝距光源和接收屏均为无限远或者相当于无限远，即入射波和衍射波都可看作是平面波。
图 1
在本实验中，散射角极小的激光器产生的激光束通过一条很细的细丝，在细丝后较远的地方放上观察屏，就可看到衍射条纹，如图1所示。
当激光照射在细丝上时，根据惠更斯-菲涅耳原理，单缝上每一点都可看成是向各个方向发射球面子波的新波源。由于子波迭加的结果，在屏上可以得到一组平行于细丝的
明暗相间的条纹。由理论计算可得垂直入射于单缝平面的平行光经单缝衍射后光强
202
sin I I θθ= Bx =θ
D d
B λπ= d 是细丝的直径，λ是波长，D 是细丝位置到接收屏位置的距离，x 是从衍射条纹的
中心位置到测量点之间的距离。当θ相同，即x 相同时，光强相同，所以在屏上得到的光强相同的图样是平行于细丝的条纹。当θ=0时，x=0，I=I0，在整个衍射图样中，此
处光强最强，称为中央主极大。当θ=Kπ（K=±1，±2，…），即x=KλD/d时，I=0，在这些地方为暗条纹。暗条纹是以光轴为对称轴，等间隔地、左右对称地分布的。中央亮条纹的宽度Δx可用K=±1的两条暗条纹间的间距确定，Δx=2λD/d；某一级暗条纹的位置与直径d成反比，d大，x小,各级衍射条纹向中央收缩，当d宽到一定程度，衍射现象便不明显了，只能看到中央位置有一条亮线，这时可认为光线是沿直线传播的。如果测得了第K级暗条纹的位置x，就可求得细丝的直径为：
d=KλD/x （1）
因此，利用光的衍射可以测量细丝的直径
实验仪器
He-Ne激光器、自制衍射物（头发丝固定在支架上）、卷尺（3米以上）、白纸、直尺实验步骤
1.开He-Ne激光电源，调节其水平度。
2．把已制作好的细丝靠近激光管管口，使激光照到细丝上。调节细丝水平位置，激光器要与接收屏垂直，衍射条纹上下对称，并且能清晰的看到衍射条纹。
3．用细长的白纸条覆盖在衍射条纹上并在中间明条纹和相应的暗条纹上做出标记。
4．用直尺测出第±1，±2，±3，±4，±5级暗条纹的位置x。
5. 用米尺测量细丝到接收屏之间的距离D。
6.由（1）式分别计算出细丝直径d，求出细丝直径d的平均值。
数据记录
1.以中央最大光强处为x轴坐标原点，分别测出第k级暗条纹的位置。
2．根据暗条纹的位置，用式(1)分别计算出细丝直径，然后求其平均值。
数据记录表λ=6.328×10-7m D=
实验报告
实验仪器
He-Ne 激光器、自制衍射物（头发丝固定在支架上）、卷尺（3米以上）、白纸、直尺
数据记录表及数据处理
λ=6.328×10-7m D= 7.628 m
d 1=1
1X D K λ =52
71004.81000.6628
.710328.61---?=????m 同理可得:
d 2=7.48×105-m d 3=7．94×105-m d 4=7．69×105-m d 5=7．86×105-m d 6=7．70×105-m d 7=7．82×105-m d 8=7．77×105-m d 9=7．82×105-m d 10=7．66×105-m
S d =∑=--n
i i
d d n 1
2)(11
=
10222222222210])12.0(04.0)01.0(04.0)08.0(08.0)09.0(16.0)30.0(26.0[1
101
-?-++-++-++-++-+-
=0.25
10-
?m
U
d = S
d
=0.25
10-
?m
%
2
10
8.7
10
2.0
5
5
=
?
?
=
=
-
-
d
U
U d
rd
结果表达
d=(7.8±0.2)5
10-
?m%2±=
rd
U
心得体会：
长期做物理实验，我们都是草草就完工，用最短的时间完成步骤繁复，理论性强的实验。无论用什么方法，完成便完事大吉。
如今，做完物理设计性实验后，我们才明了走马观花似的做实验是绝对得益不多的。以前做预习报告，我们都是照本宣科，书上有什么便抄什么，看懂万岁。设计性实验顾名思义就是设计，预习报告当然也要设计。我们根据老师给出的大概原理，大家分工合作，从网上、图书馆、课本等找到了相关的资料，然后经过商讨，文字处理，画图等步骤，才完成了初步成果。
由于过去的实验大都是老师演示一遍，我们就照着做。现在真正要自己动手，我们却遇到了很多困难。很多细节我们都没考虑到，如发丝的选择，衍射屏的制作，白纸的定位，He-Ne激光器跟衍射屏的相对位置等。找到一根优质的发丝便会事半功倍了。由于刚开始选择的发丝的质量不好，造成墙上衍射成的亮条纹间的两端全部错位了，给实验数据的测量造成极大的影响。如衍射屏的制作：由于我们还没作好充分准备，在即将做实验时我们才找来了一个废磁盘，但磁盘的定位又成了另一问题。经老师的提点，我们都恍然大悟，找来了一个报纸夹，最终完成了一个既灵活又实用的衍射屏。白纸条的定位与暗条纹中点的划分也很讲究。既要讲求细心也要讲求耐心。可能一不小心，数据便会出现很大的误差，实验就要重做。最后，经过一系列的测量操作与老师的大力帮助，我们终于完成了《微小线径的测定》实验。
设计性实验的最后一步就是写实验报告。由于前面预习报告与实验测量的成功已给实验报告的完成打下坚实的基础，完成报告已经不是问题了。有了以前的经验，我们一路过五关斩六将，完成了实验目的、实验原理、实验步骤到数据处理，最后到这一篇心得体会。
经过这次实验，我们才发现实践操作是如此的重要。它既锻炼了我们的操作技能也发挥了我们的创造性思维。
总结：凡事都要细心、耐心、真心！
细丝直径的测量铁丝直径知识讲解
细丝直径的测量铁丝 直径
细丝直径的测量铁丝直径 【实验目的】 (1)通过实验加深对等厚干涉原理及干涉概念的理解 (2)学习用等厚干涉测量铁丝直径的方法 (3)学会读书显微镜的正确使用 【仪器用具】钠光灯读数显微镜劈尖装置 【实验原理】 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层(空气劈)。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替 的条纹 相邻两暗纹(或明纹)对应的空气厚度 2dk 2 k 2dk, — k 1 2dki dk j 则细丝直径D为 ta n N为干涉条纹总条纹 勿人k |明纹2d /2 2k 1- 暗纹
-------------------------------------------- r --------- D—— 1S-2-------------------------------------------------- L为劈尖的长度用游标卡尺测，S%相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量(5次测 量) ____ 6 589.3 10 mm A为钠光波长，入二 已知入射光波长，测出N。和L ,就可计算出细丝(或薄片)的直径D。【实验内容】 (1) 将细丝(或薄片)夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。然后 置于移测显微镜的载物平台上。 (2) 开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变売。 调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。 (3) 用显微镜测读出叉丝越过条暗 条纹时的距离I,可得到单位长度的条纹数No。 再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式 D N丄(/2)计算细丝直径D平均值和不确定度。 【数据记录】 实验测量数据 单位(mm)斥一I，rI ：11
干涉法测量微小量
干涉法测微小量 （本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》） 光的干涉现象表明了光的波动性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。在干涉现象中，不论是何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目却是可以计量的。因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可得到以光的波长为单位的光程差。 利用光的等厚干涉现象可以测量光的波长，检验表面的平面度、球面度、光洁度，精确的测量长度、角度，测量微小形变以及研究工作内应力的分布等。 通过本次实验，学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面几何特征的方法，用劈尖的等厚干涉测量细丝直径的方法，同时加深对光的波动性的认识。 实验原理 1． 用牛顿环测平凸透镜的曲率半径 当曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时，见图，在透镜的凸面与平面 之间形成一个从中心O 向四周逐渐增厚的空气层。当单色光垂直照射下来时，从空气层上下两个表面反射的光束1和光束2在上表面相遇时产生干涉。因为光程差相等的地方是以O 点为中心的同心圆，因此等厚干涉条纹也是一组以O 点为中心的明暗相间的同心圆，称为牛顿环。由于从下表面反射的光多走了二倍空气层厚度的距离，以及从下表面反射时，是从光疏介质到光密介质而存在半波损失，故1、2两束光的光程差为 2 2λ δ+ =? （1）
式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率1≈n 。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m 个暗环处的空气层厚度为m δ，则有 ...3,2,1,0,2 ) 12(2 2=+=+ =?m m m λ λ δ 2 λ δ? =m m （2） 由图中的几何关系22 2)(m m R r R δ-+=，以及一般空气层厚度远小于所使用的平凸透镜的曲率 半径R ，即R m <<δ，可得 R r m m 22 =δ （3） 式中r m 是第m 个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得 λmR r m =2 （4） 可见，我们若测得第m 个暗环的半径r m 便可由已知λ求R ，或者由已知R 求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径r m 也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m 。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径r m 换成直径D m ，则有 λmR D m 42 = （5）
电线电缆国标直径标准
电线电缆国标直径标准 一、电线平方数及直径换算方法知识电线的规格在国际上常用的有三个标准：分别是美制（AWG）、英制（SWG）和我们的（CWG）。几平方是国家标准规定的的一个标称值，几平方是用户根据电线电缆的负荷来选择电线电缆。电线平方数是装修水电施工中的一个口头用语，常说的几平方电线是没加单位，即平方毫米。电线的平方实际上标的是电线的横截面积，即电线圆形横截面的面积，单位为平方毫米。一般来说，经验载电量是当电网电压是220V时候，每平方电线的经验载电量是一千瓦左右。铜线每个平方可以载电千瓦，铝线每个平方可载电千瓦。因此功率为1千瓦的电器只需用一平方的铜线就足够了。 具体到电流，短距送电时一般铜线每平方可载3A到5A的电流。散热条件好取5A/平方毫米，不好取3A/平方毫米。 换算方法：知道电线的平方，计算电线的半径用求圆形面积的公式计算：电线平方数（平方毫米）＝圆周率（）×电线半径（毫米）的平方知道电线的平方，计算线直径也是这样，如：方电线的线直径是：÷ = ，再开方得出毫米，因此方线的线直径是：2×毫米＝毫米。 知道电线的直径，计算电线的平方也用求圆形面积的公式来计算：电线的平方＝圆周率（）×线直径的平方／4 电缆大小也用平方标称，多股线就是每根导线截面积之和。
电缆截面积的计算公式：× 电线半径（毫米）的平方× 股数如48股（每股电线半径毫米）平方的线：×（× ）× 48 = 平方二、常用小规格线缆知识RVVP：铜芯聚氯乙烯绝缘屏蔽聚氯乙烯护套软电缆，电压300V/300V 2-24芯。主要质量指标：线径（包括芯线和编织丝，并不是越粗越好，用杂质铜的要达到电阻标准而做的很粗）、铜芯纯度、编织密度、绞距。用途：仪器、仪表、对讲、监控、控制安装。 RG：物理发泡聚乙烯绝缘接入网电缆用于同轴光纤混合网（HFC）中传输数据模拟信号，此为美国标准，近似等同于国标SYWV 系列。主要质量指标：铜芯线径，绝缘厚度，编织材料（市场上多为铝镁丝编织，质量好应该用镀锡铜），编织密度。UTP：局域网电缆用途：传输电话、计算机数据、防火、防盗保安系统、智能楼宇信息网。常用UTP CAT 5，UTP CAT 5E 带屏蔽型号为 STP KVVP：聚氯乙烯护套编织屏蔽电缆用途：电器、仪表、配电装置的信号传输、控制、测量SYWV（Y）、SYKV 有线电视、宽带网专用电缆结构：（同轴电缆）单根无氧圆铜线+物理发泡聚乙烯（绝缘）+（镀锡丝+铝）+聚氯乙烯（聚乙烯），（等同美标RG-6,RG-59）。现在市场上多用铝镁丝编织（不能焊接，容易氧化），芯线用铜包铝、铜包钢，以至很多人认为SYWV线比SYV线便宜，但事实上并不是那么回事。RVV（227IEC52/53）聚氯乙烯绝缘软电缆（截面积：芯线数 1-24）用途：电源线，信号线，家用电器、小型电动工具、仪表及动力照明等。此规格线只要符合国标则价格相差不
衍射法测量细丝直径
一、实验目的 1. 观察细丝夫琅和费衍射现象。 2. 掌握细丝衍射相对光强的测量方法，并求出细丝直径。 二、实验原理 1. 夫琅和费衍射 衍射是波动光学的重要特征之一。衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅和费衍射。菲涅耳衍射解决具体问题时，计算较为复杂。而夫琅和费衍射的特点是，只用简单的计算就可以得出准确的结果。在实验中，夫琅和费衍射用两个会聚透镜就可以实现。本实验用激光器作光源，由于激光器发散角小，可以认为是近似平行光照射在单缝上；其次，细丝直径为0.1mm ，细丝距接收屏如果大于1米，缝宽相对于缝到接收屏的距离足够小，大致满足衍射光是平行光的要求，也基本满足了夫琅和费衍射的条件： 2 20sin u u I I = I O 为中央明纹中心处的光强度，u=πasin θ/λ，a 是单缝宽度，φ衍射角λ为入 射波长 2. 菲涅耳假设和光强度 物理学家菲涅耳假设：波在传播的过程中，从同一波阵面上的各点发出的次波是相干波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加，这就是著名的惠更斯—菲涅耳原理。如图9-1所示，单缝AB 所在处的波阵面上各点发出的子波，在空间某点P 所引起光振动振幅的大小与面元面积成正比，与面元到空间某点的距离成反比，并且随细丝平面法线与衍射光的夹角（衍射角）增大而减小，计算细丝所在处波阵面上各点发出的子波在P 点引起光振动的总和，就可以得到P 点的光强度。可见，空间某点的光强，本质上是光波在该点振动的总强度。
劈尖干涉测量细铜丝直径实验报告
劈尖干涉测量细铜丝直径实验报告软件一班 110604147 王宏静一、实验名称:用劈尖干涉测量细丝的直径 二、实验目的: (1)深入了解等厚干涉。 (2)设计用劈尖干涉测量细丝直径的方 法。 (3)设计合理的测量方法和数据处理方 法，减小实验误差。 三、实验仪器: (1)读数显微镜 (2)纳光灯 (3)平玻璃两片 (4)待测细丝 四、实验原理: 将两块光学玻璃板叠在一起，在一段插入细丝，则在两玻璃间形成一空气劈 尖(如图1 )用单色光垂直照射时和牛顿环一两样，在空气薄膜上下表面反射的两束光发生干涉，其中光程差: 6_2A+A/2 …((? 产生的干涉条纹是一簇与两玻璃板交接线平行且间隔相等的平行条板。如图(2 )显然:6=2d+A/2=(2k+l)‘A/2 k=0,1,2,3,.,…………,? 6=2d+A/2=kA k=1,2,3……… ,?
(图1) 与K纹暗条纹对应的薄膜厚度:d=k*A/2 ………? 显然d=0(棱边)处空气薄膜厚度为d(棱边)处对应k=0是暗条纹，称为零级暗条纹。di=A/2处为一级暗条纹，第k级暗条纹处空气薄膜厚度 为:dk=W2……………? 得。 两相邻暗条纹对应的劈尖厚度之差为Ad=dk+1_dk=A/2_……………? 若两暗条纹之间的距离为I，则劈尖的夹角e(利用sine=M………?求 (图2) 此式表明:在入、e-定时，l为常数，即条纹是等间距的，而且当A-定时(e越大，I越小，条纹越宽，因此e不宜太大。
设金属细丝至棱边的距离为I(欲求金属细 丝的直径D，则可先测L(棱边到金属细丝直径) 和条纹间距L，由?式及sine=D/L求得: D=Lsin e =L*A ，(2+I)……( …((@ 这就是本实验利用劈尖干涉测量金属细丝的直径的公式，如果N很大，实验上往往不是测量两条相邻条纹的间距(而是测量相差N级的两条暗条纹的问题，从而测得的测量结果 D=N*A/2 如果N很大，为了简便，可先测出单位长度内的暗条纹数No和从交纹到金属丝的距离L，那么 N=NoL_ D=NoL‘A/2 五、实验内容与步骤 (1将被测薄片夹在两地平板玻璃的一端，置于读数显微镜底座台面上(调节显微镜，观察劈尖干涉条纹。 (2)由式?可知当波长人已知时，只要读出干涉条纹数K，即可得相应的D。实验时，根据被测物厚薄不同，产生的干涉条纹数值不可，若K较小(K<=100)( 可通过k值总数求D。若k较大(数起来容易出错，可先测出长度L间的干涉条纹x(从而测得单位长度内的干涉条纹数n=x/Lx然后再测出劈尖棱边到薄边的距离L，则k=n*l。薄片厚度为 D=k*A/2=n*I*A/20 A=589.3nm
细丝直径测量实验报告
细丝直径测量实验报告 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
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 ()22212 k d k λλλ?? ?=+=?+??
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度差 ()11222122 k k k k d k d k d d λ λ λ λ λ +++=+=+-= 则细丝直径D 为2 D N λ =? ； N 为干涉条纹总条数 2 tan 2 D L S L D S λ ααλ≈===? L 为劈尖长度; S 为两相邻明暗纹间距; λ为钠光波长：9 589.310λ-=? 3．实验内容与步骤 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，
劈尖干涉法测定金属细丝不同位置直径
劈尖干涉法测定金属细丝不同位置直径 系别：计算机科学与技术系专业班级：软件工程1801班 姓名：王睿、罗家鑫指导教师：王天会 摘要：在劈尖干涉法测定金属细丝直径的实际测量中，同一条金属细丝不同位置的直径通常不尽相等。本文将对劈尖干涉法测定金属细丝直径进行一定的理论分析，并证明金属细丝不同位置的直径存在差异并进行简单的不确定度分析。 关键词：金属细丝直径；劈尖干涉法；不同位置；多次测量 一、引言 等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验。而作为等厚干涉的具体应用——利用劈尖干涉法测定金属细丝直径, 是一项很好的设计性实验。理想状态下金属细丝是均匀的，但在基本测量中，我们发现金属细丝与之不符，即其不同位置之间的直径存在一定的差异。为更加直观地解释和说明这一实验现象，本文对此作出了如下的理论分析。 二、理论分析、实验系统、实验数据处理、实验结论 （一）实验原理 1．劈尖干涉原理 两块表面是严格几何平面的玻璃片，将一端互相叠合，另一端插入细丝，两板间即形成空气劈尖，空气劈尖即两玻璃片之间形成一个一段薄一段厚的楔形空气膜，两玻璃片叠合端的交线称为棱边，空气膜的夹角θ称为劈尖楔角。当平行单色光垂直照射到玻璃片时，可以在劈尖表面观察到明暗相间的干涉条纹（若入射光是复色光，则为彩色条纹，这个现象称为劈尖干涉。） 劈尖干涉条纹是由空气膜的上、下表面反射的两列光波叠加干涉而成。当波长为λ的单色光a垂直空气膜表面入射时，由于劈尖楔角θ很小，上、下表面反射的两束相干光叠加干涉而成。当波长为λ的单色光a垂直空气膜表面入射时，由于劈尖楔角θ很小，上、下表面反
第一组中l 的A 类不确定度 ()21 2A --? ?=?-n r x x U 2 101 999908.0129.02--? =- 00062.0=mm 第一组中l 的相对不确定度()()2 B 2 A x U x U U ?+?= 2200062.00005.0+= mm 00079.0=
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测知识分享
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测
仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢0 实验41 单缝衍射的光强分布和细丝直径测量 光具有波动性，衍射是光波动性的一种表现。光的衍射现象是在17世纪由 格里马第发现的。19世纪初，菲涅耳和夫琅和费分别研究了一系列有关光衍射 的重要实验，为光的波动理论奠定了基础。菲涅耳提出了次波相干迭加的观点， 用统一的原理（惠更斯一菲涅耳原理）分析解释光的衍射现象；利用单缝衍射原 理可以对细丝直径进行非接触的精确测量。 ［学习重点］ 1．通过对夫琅和费单缝衍射的相对光强分布曲线的绘制，加深对光的波动理 论和惠更斯——菲涅耳原理的理解。 2．掌握使用硅光电池测量相对光强分布的方法。 3．掌握利用衍射原理对细丝进行非接触测量的方法。 ［实验原理］ 1． 单缝衍射 粗略地讲，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍 射。衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。通常按它们相互间距离的大小， 将衍射分为两类：一类是光源和接收屏幕（或两者之一）距离衍射屏有限远，这 类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远，这类衍射 叫做夫琅和费衍射。本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。 如图41-1（a ），将单色线 光源S 置于透镜L 1的前焦面 上，则由S 发出的光通过L 1 后形成平行光束垂直照射到 单缝AB 上。根据惠更斯一菲 涅耳原理，单缝上每一点都可 以看成是向各个方向发射球面 子波的新波源，子波在透镜L 2 的后焦面（接收屏）上叠加形 成一组平行于单缝的明暗相间 的条纹。如图41-1（b ）所示。和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P 0处， 是中央亮纹的中心，其光强为I 0；与光 轴SP 0成θ 角的衍射光束会聚于P θ 处，θ 为衍射角，由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为 （41-1） 其中，b 为单缝的宽度，λ为入射单色光波长。 由41-1式可以得到： 图41-1 （a ）单缝衍射 （b ）衍射图样 λθπsin ,sin 2 20b u u u I I ==θ
测量细丝直径
多种方法测量细丝直径 学院：物理电子工程学院 专业：物理学 姓名及学号：冯伟（04） 杨保国（26）
多种方法测量细丝直径 物理学 冯伟 杨保国 摘要：利用巴俾涅原理，通过单缝夫琅和费衍射，测量丝线的直径。 实验表明，这是一 种高精度的非接触测量，它通过对衍射图样的检测来求细丝的直径。 关键字 ：激光器；单缝衍射；单丝衍射 引言：随着生产的发展，要求对各种金属丝，光导纤维以及钟表游丝等进行高精度的非接触测量。过去测量毫米以下的细丝外径，一般用普通光学测量仪或电测策计等接触测量仪器。细丝的衍射效应使普通光学方法误差变大，接触测量易受到测量力大小的影响。激光束细丝衍射对于线径极小的细丝，其测量结果是可靠的。 1. 实验原理 方法一: (1) 巴俾涅原理 两个互补屏单独产生的衍射场的复振幅之和等于没有屏时的复振幅，，对于单缝的夫琅和费衍射，除点光源在像平面的像点之外有U=0，即像点外两个互补屏所产生的衍射图形， 其形状和光强完全相同，仅位相相差2 ，所以我们可用丝线代替单缝进行夫琅和费衍射。 (2) 夫琅和费单缝衍射原理 为获得明亮的远场条纹，一般用透镜在焦面上形成夫朗和费条纹，如图所示。设透镜的焦距为f ，细丝直径为a 。 当平行光垂直于单缝平面入射时，单缝衍射 就形成平行的明暗条纹其位置衍射角由下 式决定： 暗条纹的中心 asin θ=k λ (k=±1，±2，± 3，…) 明条纹的中心asin θ=（2k+1）λ/2 (k= ±1，±2，±3，…) 中心条纹θ=0 本实验一般采用暗条纹进行测量，考虑到一般情况下θ角较小，于是有 θ≈sin θ≈tan θ 故由式得暗条纹的衍射角由下式决定 a =m λ a =n λ θ d f x n t 激光 互补法测量的计算
实验单缝衍射的光强分布和细丝直径测
实验41 单缝衍射的光强分布和细丝直径测量 光具有波动性，衍射是光波动性的一种表现。光的衍射现象是在17世纪由格里马第发现的。19世纪初，菲涅耳和夫琅和费分别研究了一系列有关光衍射的重要实验，为光的波动理论奠定了基础。菲涅耳提出了次波相干迭加的观点，用统一的原理（惠更斯一菲涅耳原理）分析解释光的衍射现象；利用单缝衍射原理可以对细丝直径进行非接触的精确测量。 ［学习重点］ 1．通过对夫琅和费单缝衍射的相对光强分布曲线的绘制，加深对光的波动理论和惠更斯——菲涅耳原理的理解。 2．掌握使用硅光电池测量相对光强分布的方法。 3．掌握利用衍射原理对细丝进行非接触测量的方法。 ［实验原理］ 1． 单缝衍射 粗略地讲，当波遇到障碍物时，它将偏离直线传播，这种现象叫做波的衍射。衍射系统由光源、衍射屏和接收屏幕组成。通常按它们相互间距离的大小，将衍射分为两类：一类是光源和接收屏幕（或两者之一）距离衍射屏有限远，这类衍射叫做菲涅耳衍射；另一类是光源和接收屏幕都距衍射屏无穷远，这类衍射叫做夫琅和费衍射。本实验研究单缝夫琅和费衍射的情形。 如图41-1（a ），将单色线 光源S 置于透镜L 1的前焦面 上，则由S 发出的光通过L 1 后形成平行光束垂直照射到 单缝AB 上。根据惠更斯一菲 涅耳原理，单缝上每一点都可 以看成是向各个方向发射球面 子波的新波源，子波在透镜L 2 的后焦面（接收屏）上叠加形 成一组平行于单缝的明暗相间 的条纹。如图41-1（b ）所示。和单缝平面垂直的衍射光束会聚于屏上的P 0处，是中央亮纹的中心，其光强为I 0；与光 轴SP 0成θ 角的衍射光束会聚于P θ 处，θ 为衍射角，由惠更斯一菲涅耳原理可得其光强分布为 （41-1） 其中，b 为单缝的宽度，λ为入射单色光波长。 由41-1式可以得到： 1．当θ = 0时，u = 0 ，P θ 处的光强度 I θ =I 0 是衍射图像中光强的最大值，叫主最大。主最大的强度不仅决定于光源的强度，还和缝宽b 的平方成正比； 图41-1 （a ）单缝衍射 （b ）衍射图样 λθπsin ,sin 2 2 b u u u I I = =θ
电线电缆线径实际测量
BV电线 1平方用丝1.14 1.5平方用丝1.38 2.5平方用丝1.78 4平方用丝2.25 6平方用丝2.76 10平方用丝1.34 16平方用丝1.705 25平方用丝2.13 35平方用丝2.52 50平方用丝1.83 70平方用丝2.166 95平方用丝2.52 V V电缆 1平方用丝1.14
2.5平方用丝1.78 4平方用丝2.25 6平方用丝2.76 10平方用丝1.34 16平方用丝1.706 25平方用丝2.13 35平方用丝2.52 50平方用丝2.52 70平方用丝2.52 95平方用丝2.52 70平方用丝2.52 95平方用丝2.52 120平方用丝2.52 150平方用丝2.52 185平方用丝2.52 240平方用丝2.52 300平方用丝2.52 BVR电线 0.5平方用丝0.3 0.75平方用丝0.37 1 平方用丝0.42
2.5 平方用丝0.41 4平方用丝0.51 6平方用丝0.63 所须要工具：千分尺、米尺、电子秤或测量重量的工具。 一、首先您要知道电缆每芯的铜丝根数，这很直观便能获得“从电缆上剪一个头，取出一芯一数便知”需要注意的该电缆是否“回头”即每根线芯的头上根数多，里面根数少这种电缆叫“回头电缆”（此成本核算不包括此种电缆）。 二、接下来请您实际测量一下需测量电缆的铜丝直径。例如我们平常所说的Ф0.20丝，就是说的铜丝的直径。通常就现在市场分析Ф0.20、Ф0.18、Ф0.17的使用频率较高。不要听厂家说是多大的丝，通过自己动手一测量便很清楚的，因为这直接影响到成本核算的准确度。 三、就市场实际情况有的每盘橡套线上都印有米标。但是需要注意的是我们必须用米尺实际测量一下两个米标之间的实际距离。不要听厂家说我们厂的线每盘95米，电缆的护套上印有米标字样，实际呢两个米标之间的距离不一定就是100cm，有的只有95cm所以我们要自己动手真正测量一下两个米标之间究竟
试验报告用劈尖干涉测量细丝的直径
实验报告：用劈尖干涉测量细丝的直径 090404162 通信一班 张恺 一、实验名称：用劈尖干涉测量细丝的直径 二、实验目的：（1）深入了解等厚干涉。 （2）设计用劈尖干涉测量细丝直径的方法。 （3）设计合理的测量方法和数据处理方法，减小实验误差。 三、实验仪器：（1）读数显微镜（2）纳光灯（3）平玻璃两片（4） 待测细丝 四、实验原理： 将两块光学玻璃板叠在一起，在一段插入细 丝，则在两玻璃间形成一空气劈尖（如图1）。 当用单色光垂直照射时和牛顿环一两样，在空气 薄膜上下表面反射的两束光发生干涉，其中光程 差: δ=2λ+λ/2 ……………………① 产生的干涉条纹是一簇与两玻璃板交接线 平行且间隔相等的平行条板。如图（2）。显然:δ=2d+λ/2=(2k+1)*λ/2 k=0,1,2,3,……………② δ=2d+λ/2=kλ k=1,2,3,………………③ （图1） 与K纹暗条纹对应的薄膜厚度:d=k*λ /2 ……………………④ 显然d=0（棱边）处空气薄膜厚度为d(棱边) 处对应k=0是暗条纹，称为零级暗条纹。d 1 =λ /2处为一级暗条纹，第k级暗条纹处空气薄膜 厚度为:d k =kλ/2 ……………⑤ 两相邻暗条纹对应的劈尖厚度之差为△d=d k+1 -dk=λ/2………………⑥ 若两暗条纹之间的距离为l，则劈尖的夹角θ，利用sinθ=λ/l……… ⑦求得。 （图2） 此式表明：在λ、θ一定时，l为常数，即条纹是等间距的，而且当λ一定时，θ越大，l越小，条纹越宽，因此θ不宜太大。 设金属细丝至棱边的距离为l，欲求金属细丝的直径D，则可先测L（棱边到金属细丝直径）和条纹间距L，由⑦式及sinθ=D/L求得： D=Lsinθ=L*λ/(2*l)……………………………………⑧ 这就是本实验利用劈尖干涉测量金属细丝的直径的公式，如果N很大，实验上往往不是测量两条相邻条纹的间距，而是测量相差N级的两条暗条纹 的问题，从而测得的测量结果 D=N*λ/2 如果N很大，为了简便，可先测出单位长度内的暗条纹数N 和从交纹到 金属丝的距离L，那么 N=N 0L………………………D=N L*λ/2 五、实验内容与步骤
衍射法测量细丝直径
创作编号： GB8878185555334563BT9125XW 创作者： 凤呜大王* 一、实验目的 1. 观察细丝夫琅和费衍射现象。 2. 掌握细丝衍射相对光强的测量方法，并求出细丝直径。 二、实验原理 1. 夫琅和费衍射 衍射是波动光学的重要特征之一。衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅和费衍射。菲涅耳衍射解决具体问题时，计算较为复杂。而夫琅和费衍射的特点是，只用简单的计算就可以得出准确的结果。在实验中，夫琅和费衍射用两个会聚透镜就可以实现。本实验用激光器作光源，由于激光器发散角小，可以认为是近似平行光照射在单缝上；其次，细丝直径为0.1mm ，细丝距接收屏如果大于1米，缝宽相对于缝到接收屏的距离足够小，大致满足衍射光是平行光的要求，也基本满足了夫琅和费衍射的条件： 2 20sin u u I I = I O 为中央明纹中心处的光强度，u=πasin θ/λ，a 是单缝宽度，φ衍射角 λ为入射波长 2. 菲涅耳假设和光强度 物理学家菲涅耳假设：波在传播的过程中，从同一波阵面上的各点发出的次波是相干波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加，这就是著名的惠更斯—菲涅耳原理。如图9-1所示，单缝AB 所在处的波阵面上各点发出的子波，在空间某点P 所引起光振动振幅的大小与面元面积成正比，与面元到空间某点的距离成反比，并且随细丝平面法线与衍射光的夹角（衍射角）增大而减小，计算细丝所在处波阵面上各点发出的子波在P 点引起
劈尖干涉法测细丝直径(参考模板)
细丝直径的测量 摘要：根据等厚干涉原理，利用劈尖干涉，成功测量除了头发丝的直径。发丝的直径，我们对它的估值约为0.06mm，对于这么小的细丝的直径，我们用卡尺或千分尺测量，最小分度顶多也就0.01mm，这样一来，测量的值误差较大，利用劈尖等厚干涉法，根据两相邻干涉暗纹厚度差l/2，l的大小为0.0005893mm。显然测量的结果误差较小。 关键词：干涉劈尖细丝直径 引言：根据薄膜干涉原理，用两个很平的玻璃板间产生一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可以测量头发丝的直径。 1.实验原理 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度 则细丝直径D为 为干涉条纹总条纹 L为劈尖的长度用游标卡尺测 S为相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量（5次测量） Λ为钠光波长，λ N和L,就可计算出细丝（或薄片）的直径D。 已知入射光波长λ，测出 2.实验方法： 实验仪器：钠光灯读数显微镜劈尖装置
1、将细丝（或薄片）夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。然后置于移测显微镜的载物平台上。 2、开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变亮。 调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。 3、用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离l,可得到单位长度的条纹数0N 。再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式)2/(0λL N D =计算细丝直径D 平均值和不确定度。 3 实验数据处理： 实验测量数据 单位（mm ） 5 j i S S - S1 10.505 S6 11.330 0.165 S2 10.674 S7 11.509 0.167 S3 10.837 S8 11.682 0.169 S4 11.006 S9 11.842 0.167 S5 11.176 S10 12.018 0.168
细丝直径的测量
细丝直径的测量 摘要：本次实验为细丝直径的测量，由于细丝利用普通的测量工具很难准确测量，误差很大，所以此次实验是利用等厚干涉原理，即由同一光源发出的平行单色光垂直入射分别经过空气劈尖所形成的空气薄膜上下表面反射后，在上表面相遇时产生的一组与棱边平行的，明暗相间，间隔相同的干涉条纹，由此来测量细丝的直径，使数据更加准确，本次试验就是利用干涉原理制作劈尖测量发丝的直径。 关键词：干涉原理空气劈尖直径光程差 引言：本次实验是利用空气劈尖根据光的干涉原理测量发丝的直径，干涉和衍射是光的波动性的具体变现，利用光的等厚干涉由同一光源发出的平行光，分别经过劈尖间所形成的空气薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成明暗相间的条纹，使用显微镜观察明暗条纹间的距离，由此来计算发丝的直径 实验原理： 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两片玻璃片之间就形成了一层空气薄膜，叫做空气劈尖。在同一光源发出的单色平行光垂直照射下，经劈尖上下表面反射后将会产生干涉现象，在显微镜观察可发现明暗相间的干涉条纹，如图所示
实验内容与步骤： 实验仪器：读数显微镜 45度反射镜 2片光学玻璃钠光灯发丝1 将发丝夹在2片光学玻璃的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。将劈尖放在读数显微镜的载物台上。 2 打开钠光灯，调节45度反射镜，使光线平行垂直射入充满视野，此时显微镜的视野由暗变亮。 3 调节显微镜物镜的焦距使视野内明暗相间的条纹清晰，调节显微镜目镜焦距以及叉丝的位置是否对齐和劈尖放置的位置， 4 找出一段最清晰的条纹用读数显微镜读出两条明条纹或暗条纹之间的距离，同一方向转动测微鼓轮测量出5组明或暗条纹的间距。 5 使用游标卡尺测量出劈尖内细丝到较远一端的距离L 6 根据公式和测量的数据计算出细丝的直径和不确定度
劈尖干涉法测细直径
劈尖干涉法测细直径
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细丝直径的测量 摘要：根据等厚干涉原理，利用劈尖干涉，成功测量除了头发丝的直径。发丝的直径，我们对它的估值约为0.06mm，对于这么小的细丝的直径，我们用卡尺或千分尺测量，最小分度顶多也就0.01mm，这样一来，测量的值误差较大，利用劈尖等厚干涉法，根据两相邻干涉暗纹厚度差l/2，l的大小为0.0005893mm。显然测量的结果误差较小。 关键词：干涉劈尖细丝直径 引言：根据薄膜干涉原理，用两个很平的玻璃板间产生一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可以测量头发丝的直径。 1.实验原理 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
λλk d =+=?2 2明纹 ()21222λ λ+=+=?k d 暗纹 相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度 λ λ k d k =+ 2 2 () 12 21+=+ +k d k λ 21λ = -+k k d d 则细丝直径D 为 2λ N D = N 为干涉条纹总条纹 S L D 2 tan λ αα==≈ 2λ?= S L D L 为劈尖的长度用游标卡尺测 S 为相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量（5次测量） Λ 为钠光波长，λ = mm 103.5896-? 已知入射光波长λ，测出0N 和L ,就可计算出细丝（或薄片）的直径D 。 2.实验方法： 实验仪器：钠光灯 读数显微镜 劈尖装置
衍射法测量细丝直径
一、实验目的 1. 观察细丝夫琅和费衍射现象。 2. 掌握细丝衍射相对光强的测量方法，并求出细丝直径。 二、实验原理 1. 夫琅和费衍射 衍射是波动光学的重要特征之一。衍射通常分为两类：一类是满足衍射屏离光源或接收屏的距离为有限远的衍射，称为菲涅耳衍射；另一类是满足衍射屏与光源和接收屏的距离都是无限远的衍射，也就是照射到衍射屏上的入射光和离开衍射屏的衍射光都是平行光的衍射，称为夫琅和费衍射。菲涅耳衍射解决具体问题时，计算较为复杂。而夫琅和费衍射的特点是，只用简单的计算就可以得出准确的结果。在实验中，夫琅和费衍射用两个会聚透镜就可以实现。本实验用激光器作光源，由于激光器发散角小，可以认为是近似平行光照射在单缝上；其次，细丝直径为0.1mm ，细丝距接收屏如果大于1米，缝宽相对于缝到接收屏的距离足够小，大致满足衍射光是平行光的要求，也基本满足了夫琅和费衍射的条件： 2 20sin u u I I I O 为中央明纹中心处的光强度，u=asin θ/，a 是单缝宽度，衍射角 为入射波长 2. 菲涅耳假设和光强度 物理学家菲涅耳假设：波在传播的过程中，从同一波阵面上的各点发出的次波是相干波，经传播而在空间某点相遇时，产生相干叠加，这就是著名的惠更斯—菲涅耳原理。如图9-1所示，单缝AB 所在处的波阵面上各点发出的子波，在空间某点P 所引起光振动振幅的大小与面元面积成正比，与面元到空间某点的距离成反比，并且随细丝平面法线与衍射光的夹角（衍射角）增大而减小，计算细丝所在处波阵面上各点发出的子波在P 点引起光振动的总和，就可以得到P 点的光强度。可见，空间某点的光强，本质上是光波在该点振动的总强度。 得分 教师签名 批改日期
细丝直径的测量铁丝直径.doc
细丝直径的测量铁丝直径 【实验目的】 (1)通过实验加深对等厚干涉原理及干涉概念的理解 (2)学习用等厚干涉测量铁丝直径的方法 (3)学会读书显微镜的正确使用 【仪器用具】 钠光灯 读数显微镜 劈尖装置 【实验原理】 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。 λλk d =+=?22明纹()21222λ λ+=+=?k d 暗纹 相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度 λλ k d k =+ 2 2()12 21+=+ +k d k λ 21λ = -+k k d d 则细丝直径D 为 2λ N D = N 为干涉条纹总条纹S L D 2 tan λ αα==≈ 2λ?= S L D
L 为劈尖的长度用游标卡尺测，S 为相邻两暗条纹的间距，用读书显微镜测量（5次测量） Λ 为钠光波长，λ = mm 103.5896-? 已知入射光波长λ，测出0N 和L ,就可计算出细丝（或薄片）的直径D 。 【实验内容】 （1）将细丝（或薄片）夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。然后置于移测显微镜的载物平台上。 （2）开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变亮。 调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。 （3）用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离l,可得到单位长度的条纹数0N 。再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式)2/(0λL N D =计算细丝直径D 平均值和不确定度。 【数据记录】 实验测量数据 单位（mm ） 错误!未找到引用源。 5 j i S S - S1 S6 S2 S7 S3 S8 S4 S9 S5 S10
光电细丝直径测量
西安工业大学北方信息工程学院课程设计(论文) 题目：细丝直径测试仪 系别：光电信息系 专业：测控技术与仪器 班级：B110102 学生：董博 学号：B11010203 任课教师：吴玲玲 2014年10月
目录 1绪论 (6) 1.1前言 (6) 1.2基于CCD测径仪的发展现状国外发展现状 (6) 1.3 国内发展现状 (7) 1.4论文的主要内容 (8) 2测量原理和方案论证 (8) 2.1利用衍射法测量细铜丝直径 (8) 2.2利用分光法测量细铜丝直径 (9) 2.3线阵CCD测量直径系统测细铜丝直径 (10) 2.4 成像系统 (13) 2.5设计方案的论证与选择采用 (14) 3 系统设计 (15) 3.1整体系统设计 (15) 3.2光学系统设计 (16) 3.2.1光源 (16) 3.2.2光源照明 (16) 3.2.3成像光学系统 (16) 3.3机械系统设计 (16) 3.3.1机械设计的原理和要求 (16) 3.3.2机械设计的保险装置 (16) 3.2.3机械设计的稳定性 (16) 3.4电路系统设计 (16) 3.4.1低通滤波器 (16)
3.4.2相关双采样 (16) 3.4.3差分放大电路 (16) 3.5数字图像处理及报警系统设计 (16) 3.5.1系统组成 (16) 3.5.2块方向的选取 (16) 3.5.3单位标定 (16) 3.5.4细丝直径的获取 (17) 3.5.5直径的测量 (17) 4 实验结果及影响测量精度的主要因素分析 (18) 4.1光学系统对测量精度的影响分析 (18) 4.1.1影响测量精度的因素及对策 (18) 4.2信号处理电路对测量精度的影响分析 (18) 4.2.1零点漂移对测量精度的影响 (18) 4.2.1被测工件的均匀性对测量精度的影响 (18) 4.2.2误差分析 (19) 4.3图像处理对测量精度的影响 (19) 4.3.1标定误差 (19) 4.3.2示值显示误差 (19) 4.3.3误差合成 (19) 4.3.4仪器误差 (19) 5 结论 (20) 参考文献 (21)
用干涉法测细丝直径实验结果讲解
重庆工商大学大学物理实验 （光学）设计性实验报告 实验题目：用干涉法测细丝直径 指导老师：龙涛、唐裕霞 实验设计：林志发、刘洋青、谢成 学院：计算机科学与信息工程学院 专业：应用物理学 班级：13金融物理学
本次设计性实验分工 姓名学号分工 林志发 2013136139 实验设计和数据分析 刘洋青 2013136119 实验设计和预习报告 谢成 2013136122 实验设计和现场分析 用干涉法测细丝直径 一、实验名称 用干涉法测细丝直径 二、实验目的 1、学会根据现有实验条件，合理设计实验方法； 2、通过实验加深对等厚干涉原理及干涉概念的理解； 3、学会读书显微镜的正确使用； 三、实验仪器： 钠光灯，数显微镜，载玻片，盖玻片，细丝（铜丝，铁丝，头发丝） 四、实验原理： 当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈尖上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。
图1 图2 相邻两暗纹（或明纹）对应的空气厚度 则细丝直径D为 为干涉条纹总条纹 L为劈尖的长度用游标卡尺测，S为相邻两暗条纹的间距，用读书显
微镜测量（5次测量） λ为钠光波长，λ = mm 103.5896-? 已知入射光波长λ，测出0N 和,就可计算出细丝（或薄片）的直径。 实验内容： （1）将细丝（或薄片）夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。然后置于移测显微镜的载物平台上。 （2）开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变亮。调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。 （3）用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离L,可得到单位长 度的条纹数0N 。再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量五次，根据式)2/(0λL N D =计算细丝直径D 平均值和不确定度。 实验操作方法： 在做实验前，必须知道载玻片，盖玻片，细丝的正确放置方法，如图所示： L D
干涉法测量微小量
7.2.1 干涉法测微小量 （本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》） 光的干涉现象表明了光的波动性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。在干涉现象中，不论是何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目却是可以计量的。因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可得到以光的波长为单位的光程差。 利用光的等厚干涉现象可以测量光的波长，检验表面的平面度、球面度、光洁度，精确的测量长度、角度，测量微小形变以及研究工作内应力的分布等。 通过本次实验，学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面几何特征的方法，用劈尖的等厚干涉测量细丝直径的方法，同时加深对光的波动性的认识。 实验原理 1． 用牛顿环测平凸透镜的曲率半径 当曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时，见图7.2.1-1，在透镜的凸面与平面之间形成一个从中心O 向四周逐渐增厚的空气层。当单色光垂直照射下来时，从空气层上下两个表面反射的光束1和光束2在上表面相遇时产生干涉。因为光程差相等的地方是以O 点为中心的同心圆，因此等厚干涉条纹也是一组以O 点为中心的明暗相间的同心圆，称为牛顿环。由于从下表面反射的光多走了二倍空气层厚度的距离，以及从下表面反射时，是从光疏介质到光密介质而存在半波损失，故1、2两束光的光程差为 22λ δ+=? （1）
式中λ为入射光的波长，δ是空气层厚度，空气折射率1≈n 。 当程差Δ为半波长的奇数倍时为暗环，若第m 个暗环处的空气层厚度为m δ，则有 ...3,2,1,0,2)12(22=+=+=?m m m λ λ δ 2λ δ?=m m （2） 由图7.2.1-1中的几何关系222)(m m R r R δ-+=，以及一般空气层厚度远小于所使用的平凸透镜的曲 率半径R ，即R m <<δ，可得 R r m m 22=δ （3） 式中r m 是第m 个暗环的半径。由式（2）和式（3）可得 λmR r m =2 （4） 可见，我们若测得第m 个暗环的半径r m 便可由已知λ求R ，或者由已知R 求λ了。但是，由于玻璃接触处受压，引起局部的弹性形变，使透镜凸面与平面玻璃不可能很理想的只以一个点相接触，所以圆心位置很难确定，环的半径r m 也就不易测准。同时因玻璃表面的不洁净所引入的附加程差，使实验中看到的干涉级数并不代表真正的干涉级数m 。为此，我们将式（4）作一变换，将式中半径r m 换成直径D m ，则有 λmR D m 42= （5） 对第m+n 个暗环有 λR n m D n m )(42+=+ （6） 将（5）和（6）两式相减，再展开整理后有 λ n D D R m n m 422-=+ （7） 可见，如果我们测得第m 个暗环及第（m+n ）个暗环的直径D m 、D m+n ，就可由式（7）计算透镜的曲率半径R 。 经过上述的公式变换，避开了难测的量r m 和m ，从而提高了测量的精度，这是物理实验中常采用的方法。 2． 劈尖的等厚干涉测细丝直径 见图7.2.1-2，两片叠在一起的玻璃片，在它们的一端夹一直径待测的细丝，于是两玻璃片之间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时，如前所述，会产生干涉现象。因为程差相等的地方是平行