物理光学演示实验
物理光学演示实验
1双缝干涉
实验装置：
S：氦氖激光器
O：凸透镜焦距约15cm
D：双缝
E：光屏
调整：把D置于O焦距以外，使通过透镜发散了的激光束照射到双缝上，增大ED间的距离，即可看到干涉条纹间DE的距离越大，条纹间的间隔变得越宽，条纹也越粗。
双缝的制作：
图1
（1）在玻璃板上涂上墨汁，待墨汁将干未干时用直尺和小刀（或缝被针）刻划出二条靠得很近的平行的双缝。
（2）在玻璃板上（或有机玻璃板上）用医用小砂轮（或划针）划一道刻痕，再用二片刮脸刀片或不透明纸片贴于刻痕两边构成双缝。
直接观察法：
（1）在讲台上放一个具有线状灯丝的白炽灯或激光管，把制作好的双缝分发给学生，让学生用眼通过双缝（缝与灯丝平行）去观察灯丝或是氦氖激光管的毛细管，即可清晰地见到干涉花样。
图2
（2）暗筒法：把制作好的双缝与单缝分别安装在一个不透明的圆筒二端，观察时利用自然光把单缝端对向窗口，用眼通过双缝去观察单缝，即可见到干涉花样，如倒过来观察，可见到单缝衍射的花样。这种方法不需用暗室，不需要电光源，制作好后可以长期使用，是简单易行的方法。圆筒的长度与缝宽与两缝间的距离有关。可用实验的方法确定，最好是制作成二个内外套叠的圆筒。不但可调节二缝间的距离，也很方便调节单缝与双缝的平行。
2单缝衍射与圆孔衍射
单缝衍射的方法与双缝干涉的方法完全相同，只要把双缝换成单缝即可。
圆孔衍射的投影法可用氦氖激光束射到小圆孔上，在圆孔后置一光屏即可见到衍射环纹。圆孔衍射的直接观察法是用眼通过圆孔去观察一个点光源，点光源的获得可选取以下几种方法：
（1）发光的小电珠。
（2）其他光源照射一个小孔。
（3）通过反射或折射获得太阳缩小的虚像和实像。例如用凹面镜、凸面镜及凹透镜所获得的太阳的实像或虚像。
制作圆孔简单和有效的方法是用缝被针在牙膏皮上凿一个小孔，捻转针柄使小孔圆而光滑。可做几个直径不等的小孔，观察时可见孔径越小，衍射环纹越大，孔径过大的衍射现象消失。
3肥皂薄膜的干涉
实验装置：
S：幻灯机光源
D：塑料圈（摇铃）
O：凸透镜（直径约10cm）
E：屏幕
调整：D置于幻灯光束直径与塑料环直径接近相等处。O置于反射光路上，调节DO距离使屏幕（或白色墙壁）上得到塑料环放大了的像，用茶杯盛好肥皂溶液，手拿茶杯使D浸没在皂液中，移去茶杯用一个小光屏检查从皂膜反射的光线是否穿过凸透镜。当反射光穿过凸透镜时，屏上就有干涉条纹出现，再次调节OD距离使成像清晰。重复实验时就可看到屏幕上自下而上（因为是倒像）、先紫后红形成一条条彩色干涉条纹，由于重力的不断作用，薄膜上部逐渐变薄，下部逐渐变厚，条纹亦逐渐变得下宽上密。这个实验是用扩展光源形成的等厚干涉条纹，因此非常明显，可使全班乃至更多的同学都能清楚地观察到。用玩具摇铃的塑料圈形成的皂膜，维持的时间较长，且摇铃有手柄便于固定。
图3
直接观察法：用清水把手洗净，抹上一些肥皂，握紧拳头然后慢慢放松，并用拇指与食指组成一个圆圈，形成皂膜，对向窗口直接观察从皂膜反射之光线，即可看到膜上的干涉条纹。
图4
4光栅光谱
实验装置：
S：幻灯光源
E：可调狭缝
R：每cm有1000条狭缝的光栅。
O：凸透镜
E：屏幕
调整：狭缝F的缝宽约3—5mm，调节FO的距离使屏E上呈现狭缝的放大像。将R置于FO之间，使从狭缝射出之光线透过光栅，屏上即出现光栅衍射的光谱。
图5 狭缝F与光栅R安装在暗筒两端构成简单的光栅分光镜
直接观察法：用暗筒法。将单缝及光栅分别安装在不透明圆筒的二端，把单缝端对向窗口即可观察到兴栅衍射光谱。如单缝宽度适当地小（例如在0．5mm左右），用每厘米有1000条狭缝的光栅即成为一个简单的光栅分光镜。用它观察自然光时，可看到太阳光谱中的若干吸收线（暗线）；用它观察日光灯时，还能见到数条汞的明线光谱。另一种方法是通过一片鸡毛去观察一个点光源，可以看到三组光栅的衍射花样，原来鸡毛的栅状纤维组织好似三组交叉的光栅，光栅间的交角约120°。
5偏振与色偏振
二片偏振片，一个作为起偏器，另一个作为检偏器，即可作偏振光的实验。如果在二偏振片中间插入叠成不同厚度的涤轮胶带纸（或是云母片、塑料三角板），并使它的像成于屏幕上，原先为无色透明的胶带纸，现在却呈现五彩缤纷的色彩，这些色彩还会随着偏振片的转动而变化。这是色偏振现象，是偏振光通过具有双折射晶体或介质后干涉的结果。这个实验简单而生动，建议给学生作定性观察。
图6 色偏振
S：幻灯机光源 P：起偏镜 L：叠成不同厚度的涤纺胶带纸O：凸透镜 E：屏幕 A：检偏镜
直接观察法：手头没有偏振片时，可用3—5片普通玻璃片叠起来，去观察近窗口写字台玻璃板下的画片，观察时最好使光束反射角接近56°（接近布需斯特角），反射光振动方向垂直于入射面，转动玻璃堆片增大光束入射玻璃堆片入射角，垂直于入射面的偏振光再次被反射，此时，折射光线明显减弱，原先看到的画片即消失。观察色偏振现象时，只需在玻璃台板与玻璃堆片之间插入叠成不同厚度的涤纶胶带纸，纸即呈现色彩。当转动涤纶胶纸时，色彩随之变化。
图7
6光电效应
在验电器上安装一块锌板，使验电器上带上负电荷，用紫外线照射锌板，锌板失去电子，验电器闭合。这个实验总会成功，但说服力不大，因为紫外线对空气分子有较强的电离作用，因此锌板带上正电荷或不用锌板实验时，验电器也同样会闭合。改进这个实验的方法是在二个验电器上安装面积相等的锌板，分别带上正负电荷，同时用紫外线照射，则见带负电荷的验电器迅速闭合，另一个则缓慢闭合，实验时应用砂纸把锌板打光，二验电器相隔距离要远一些或用金属板隔开。此外，还可以使二个验电器都带上正电荷，同时用紫外线照射，并用一块普通玻璃遮住一个验电器上的锌板，因玻璃吸收紫外线，这个验电器指针闭合就十分缓慢。通过两个验电器的互相对比，则可说明问题。