光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)
光學(xué)是物理學(xué)中一門古老的經(jīng)典學(xué)科,近幾十年來又有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。經(jīng)典的光學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法在促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步方面發(fā)揮了重要作用;新的研究成果和新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)不斷促進(jìn)光學(xué)學(xué)科自身的進(jìn)展,也為其他許多科技領(lǐng)域的發(fā)展,如天文、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等提供了重要的實(shí)驗(yàn)手段。光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)在現(xiàn)代科技中發(fā)揮 著越來越重要的作用。在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生通過研究一些最基本的光學(xué)現(xiàn)象,同時(shí)接觸一些新的概念和實(shí)驗(yàn)技術(shù),學(xué)習(xí)和掌握光學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)和基本方法,培養(yǎng)基本的光學(xué)實(shí)驗(yàn)技能。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中使用的儀器比較精密,光學(xué)儀器的調(diào)節(jié)也比較復(fù)雜,只有在了解了儀器結(jié)構(gòu)性能基礎(chǔ)上建立清晰的物理圖像,才能選擇有效 而準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)方法,判斷儀器是否處于正常的工作狀態(tài)。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)作風(fēng)顯得特別重要,如果沒有很好地掌握光學(xué)理論,要做好光學(xué)實(shí)驗(yàn)幾乎是不可能的。在光學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,儀器的調(diào)節(jié)和檢驗(yàn),實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、分析等都離不開理論的指導(dǎo)。為了做好光學(xué)實(shí)驗(yàn),要在實(shí)驗(yàn)前充分做好預(yù)習(xí),實(shí)驗(yàn)時(shí)多動(dòng) 手、多思考,實(shí)驗(yàn)后認(rèn)真總結(jié),只有這樣才能提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的素養(yǎng)、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)技能、養(yǎng)成理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)作風(fēng)。
1 使用光學(xué)儀器注意事項(xiàng)
具備良好實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的科技工作者,在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中都會(huì)十分愛惜各種儀器。而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中加強(qiáng)愛護(hù)儀器的意識(shí)也是培養(yǎng)良好實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的重要方面。光學(xué)儀器一般都比較精密,光學(xué)元件都是用光學(xué)玻璃用多項(xiàng)技術(shù)加工而成,其光學(xué)表面加工尤其精細(xì),有的還鍍有膜層,因此使用時(shí)要特別小心。如使用維護(hù)不當(dāng)很容易造成光學(xué)元 件破損和光學(xué)表面的污損。使用和維護(hù)光學(xué)儀器時(shí)應(yīng)注意以下方面。
?。ǎ保┰谑褂脙x器前必須認(rèn)真閱讀儀器使用說明書,詳細(xì)了解儀器的結(jié)構(gòu)、工作原理,調(diào)節(jié)光學(xué)儀器時(shí)要耐心細(xì)致,切忌盲目動(dòng)手。
使用和搬動(dòng)光學(xué)儀器時(shí),應(yīng)輕拿輕放,避免受震磕碰。光學(xué)元件使用完畢,應(yīng)當(dāng)放回光學(xué)元件盒內(nèi)。
(2)保護(hù)好光學(xué)元件的光學(xué)表面,不能用手觸及光學(xué)表面,以免印上汗?jié)n和指紋。對(duì)于光學(xué)表面上附著的灰塵可用脫脂棉球或?qū)S密浢⒌惹宄H绨l(fā)現(xiàn)汗?jié)n、指紋污損可用實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)備的擦鏡紙擦拭干凈,有鍍膜的光學(xué)表面上的污跡常用脫脂棉球蘸少量乙醇和乙醚混合液轉(zhuǎn)動(dòng)擦拭多遍才行。對(duì)于鍍膜光學(xué)表面的污跡和光學(xué) 表面起霧等現(xiàn)象及時(shí)送實(shí)驗(yàn)室專門處理,學(xué)生不要自行處理。
?。ǎ常┕鈱W(xué)儀器的機(jī)械部分應(yīng)及時(shí)添加潤滑劑,以保持各轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)自如、防止生銹。儀器長期不使用時(shí),應(yīng)將儀器放入帶有干燥劑的木箱內(nèi)?!?/P>
(4)使用激光光源時(shí)切不可直視激光束,以免灼傷眼睛。
2 光學(xué)實(shí)驗(yàn)的觀測方法
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在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中常通過眼睛直接對(duì)光學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察。用眼睛直接進(jìn)行觀測具有簡單靈敏,同時(shí)觀察到的圖像具有立體感和色彩等特點(diǎn)。這種用眼睛直接觀察的方法,常稱為主觀觀察方法。
人的眼睛可以說是一個(gè)相當(dāng)完善的天然光學(xué)儀器,從結(jié)構(gòu)上說它類似于一架照相機(jī)。人眼能感覺的亮度范圍很寬,隨著亮度的改變眼睛中瞳孔大小可以自動(dòng)調(diào)節(jié)。人眼分辨物體細(xì)節(jié)的能力稱為人眼的分辨力。在正常照度下,人眼黃斑區(qū)的最小分辨角約為1′。人眼的視覺對(duì)于不同波長的光的靈敏度是不同的,它對(duì)綠光的感覺靈敏度最高。人眼還是一個(gè)變焦距系統(tǒng),它通過改變水晶體兩曲面的曲率半徑來改變焦距,約有20%的變化范圍。
2)用光電探測器進(jìn)行客觀測量
除了用人眼直接觀察外,還常用光電探測器來進(jìn)行客觀測量,對(duì)超出可見光范圍的光學(xué)現(xiàn)象或?qū)鈴?qiáng)測量需要較高精度要求時(shí)就必須采用光電探測器進(jìn)行測量,以彌補(bǔ)人眼的局限性。
常用的光探測器有光電管、光敏電阻和光電池等。
光電管是利用光電效應(yīng)原理制成的一光電發(fā)射二極管。它有一個(gè)陰極和一個(gè)陽極,裝在抽真空并充有惰性氣體的玻璃管中。當(dāng)滿足一定條件的光照射到涂有適當(dāng)光電發(fā)射材料的光陰極時(shí),就會(huì)有電子從陰極發(fā)出,在二極間的電壓作用下產(chǎn)生光電流。一般情況下光電流的大小與光通量成正比。