物理学 《光学实验》教学大纲 【课程名称】光学实验(Optics Experimentation) 【课程编码】XXZB0150 【适用专业】物理学 【课 时】36学时 【学 分】1学时 【课程性质、目标和要求】 课程性质：专业基础课、必修课 教学目标：光学实验课程是四年制物理学专业的一门实验基础课，其教学的主要目的 是：学习和掌握光学实验的基本知识、基本方法以及培养基本的实验技能，通过研究一 些基本的光学现象，加强对经典光学理论的理解。进一步提高实验方法和实验技术，对 面向21世纪物理学专业人才的培养起到重要的作用。 教学要求： 1、学习光学中基本物理量的测量方法： 2、学会使用一些常用的光学仪器： 3、学习分析光学实验中的基本光路： 4、继续学习分析误差的方法和提高对实验数据的处理能力。 【教学时间安排】 本课程计1学分，33学时，学时分配如下： 实验类 课 序号 实验名称 型 时 备注 1 薄透镜焦距的测定 基础 3 必做 2 分光计的调节与使用 基础 3 必做 3 迈克耳逊干涉仪的调节和使用 基础 3 必做 常用液体光学参数的测定 基础 3 必做 光具组基点的测定 综合 3 必做 6 用双棱镜干涉测光波波长 综合 3 必做 1 用透射光栅测定光波波长 综合 3 必做 8 用光电效应测定普朗克常数 综合 3 必做 9 偏振现象的观测与分析 综合 3 必做 10 望远镜、显微镜的组装 设计 3 选做 11 用劈尖干涉法测细丝的直径 设计 选做 -1-
《光学实验》课程教学大纲 12 干涉法测定液体的折射率 设计 选做 13 用光的衍射法测量杨氏模量 设计 选做 14 酒精的折射率与其浓度关系的研究 设计 选做 15 菲涅耳双棱镜棱角的测量 设计 选做 16 用横向放大率法测定光具组的基点 设计 选做 用迈克耳逊干涉仪测定钠光双线的 17 波长差 设计 选做 合计 36 【教学（实验）内容要点】 一、薄透镜焦距的测定 1、实验月的要求 ()学会调节光学系统使之共轴等高： (2)掌握薄透镜焦距的常用测定方法。 2、实验主要内容 ()用物距—像距法，两次成像法，自准直法求凸透镜的焦距： (2)用辅助透镜法，自准直法求凹透镜的焦距。 3、实验仪器设备 光具座，凸透镜（两块），凹透镜，物屏，白屏，平面反射镜，光源。 二、分光计的调节与使用 1、实验目的要求 ()了解分光计的构造原理： (2)学会正确调节和使用分光计。 2、实验主耍内容 (1)正确调节分光计： (2)测定三棱镜的顶角。 3、实验仪器设备 分光计，钠灯，三棱镜。 三、迈克耳逊干涉仪的调节和使用 1、实验月的要求 (1)掌握迈克耳逊干涉仪的调节和使用方法： (2)测定钠双线平均波长和波长差。 2、实验主要内容 (I)调节迈克耳逊干涉仪，观察干涉条纹： -2-
物理学 (2)测定钠双线平均波长和波长差。 3、实验仪器设备 迈克耳逊干涉仪，钠灯，He-e激光器，低压汞灯，干涉滤光片，毛玻璃屏，叉丝， 白炽灯。 四、常用液体光学参数的测定 1、实验目的耍求 ()了解阿贝折射计的工作原理，并熟悉其使用方法： (2)测定酒精和蒸馏水的折射率： (3)了解旋光仪的构造原理： (4)定糖溶液的旋光率及未知糖溶液的浓度。 2、实验主要内容 (①)测出酒精、蒸馏水的折射率： (2)根据已知蔗糖溶液的浓度求蔗糖溶液的旋光率； (3)求未知糖溶液的浓度。 3、实验仪器设备 阿贝折射计，酒精，蒸馏水，滴管，旋光仪，玻璃管，蔗糖溶液，钠灯等 五、光具组基点的测定 1、实验目的要求 ()加深对光具组基点的理解： (2)学习测定光具组基点和焦距的方法。 2、实验主要内容 (I)分别测定凸透镜和凹透镜的焦距： (2)测定光具组的基点和焦距。 3、实验仪器设备 光具座，调节器，光具组（一个凸透镜和一个凹透镜），物屏，白屏，光源，准直透 镜，平面反射镜。 六、用双棱镜干涉法测光波波长 1、实验目的要求 ()观察双棱镜产生的双光束干涉现象： (2)学习用双棱镜测量光波波长的方法。 2、实验主要内容 (I)调节光学系统共轴等高： (2)调节干涉条纹： (3)测量光波波长。 3、实验仪器设备 .3-
《光学实验》课程教学大纲 双棱镜，可调狭缝，辅助透镜，测微目镜，光具座，白屏，单色光源。 七、用透射光栅测定光波波长 1、实验目的要求 ()加深对光栅分光原理的理解： (2)用透射光栅测定光栅常数、光波波长和光栅角色散。 2、实验主耍内容 (I)正确调节分光计： (2)测定光栅常数、光波波长和光栅角色散。 3、实验仪器设各 分光计，平面透射光栅，汞灯，钠灯，单缝等。 八、用光电效应测定普朗克常数 1、实验月的要求 ()通过实验加深对光的量子性的了解： (2)通过光电效应实验，验证爱因斯坦方程并测定普朗克常数。 2、实验主要内容 (I)测量I一V特性曲线： (2)测量光电管本底电流及暗电流值： (3)测量光电管的I一P特性曲线。 3、实验仪器设备 汞灯，光电效应实验仪，计算机等。 九、偏振现象的观测与分析 1、实验目的耍求 (I)观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解： (2)掌握产生和检验偏振光的原理和方法。 2、实验主要内容 ()正确调节光学系统，使之共轴等高： (2)产生和检验线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。 3、实验仪器设备 GSZF-3型偏振光实验系统，计算机等。 十、望远镜、显微镜的组装 1、实验月的要求 (I)学习望远镜和显微镜的放大原理： (2)学会一种测定望远镜和显微镜放大率的方法： (3)培养设计简单实验的能力。 2、实验主要内容 4-
物理学 ()组装望远镜并测定其放大率： (2)组装显微镜并测定其放大率。 3、实验仪器设各 各种透镜，米尺，标尺等。 十一、用劈尖干涉法测细丝的直径 1、实验目的耍求 (I)观察等厚直条纹： (2)学会用等厚干涉法测量细丝直径或薄片厚度的方法： (3)培养设计简单实验的能力。 2、实验主要内容 (I)写出用劈尖干涉法测量细丝直径的原理、实验计算公式： (2)测量所给细丝的直径，测量六次，取平均值，并计算不确定度。 3、实验仪器设各 平晶（两块），钠光灯，读数显微镜，细丝（或薄片）。 十二、干涉法测定液体的折射率 1、实验目的耍求 ()学会设计简单实验的能力： (2)了解牛顿环干涉原理： (3)学会用牛顿环干涉法测量液体折射率的方法。 2、实验主耍内容 (I)写出用牛顿环干涉法测量液体折射率的原理、实验计算公式等： (2)分别测量蒸馏水、酒精的折射率，各测量六次，取平均值，并计算不确定度。 3、实验仪器设备 牛顿环，钠光灯，读数显微镜，待测液体（蒸馏水、酒精）。 十三、用光的衍射法测量杨氏模量 1、实验目的耍求 ()培养学生用所学的理论知识解决实际问题的能力： (2)用光的衍射法测量金属丝的杨氏模量。 2、实验主耍内容 (I)简述实验原理及实验方案： (2)得出测量结果，并作分析讨论。 3、实验仪器设备 杨氏模量测定仪，激光器，测量显微镜，米尺和千分尺等。 十四、酒精的折射率与其浓度关系的研究 1、实验目的耍求 .5-
《光学实验》课程教学大纲 (I)掌握用全反射法测定液体的折射率： (2)了解阿贝折射计的测量原理，熟悉使用方法。 (3)研究液体的折射率与其浓度的关系。 2、实验主要内容 (1)配制不同浓度的待测溶液： (2)测量不同浓度的待测溶液的折射率： (3)用图解法和最小二乘法得出液体的折射率与其浓度的关系。 3、实验仪器设各 光源，玻璃瓶及滴管，酒精（或蔗糖），蒸馏水等。 十五、菲涅耳双棱镜棱角的测量 1、实验目的耍求 (1)通过对菲涅耳双棱镜棱角的测量，进一步了解菲涅耳双棱镜棱角的结构： (2)学会一种用干涉法测定小角的方法。 2、实验主要内容 (I)设计实验方案，并写出实验公式： (2)测出菲涅耳双棱镜的棱角。 3、实验仪器设备 菲涅耳双棱镜，读数显微镜，平晶，光源。 十六、用横向放大率法测定光具组的基点 1、实验目的要求 ()通过对光具组基点的测量，进一步加深对光具组基点概念的理解： (2)学会一种测量光具组基点的方法。 2、实验主耍内容 (1)设计实验方案，并写出实验公式： (2)测出给定光具组的基点。 3、实验仪器设备 光具组，光具座，读数显微镜，光源、狭缝物等。 十七、用迈克耳逊干涉仪测定钠光双线的波长差 1、实验月的耍求 (1)进一步熟悉迈克耳逊干涉仪的调节与使用： (2)测量钠双线的波长差。 2、实验主要内容 ()以钠灯为光源调干涉仪看到等倾干涉条纹。 (2)测量钠双线的波长差。 3、实验仪器设各 -6-
物理学 迈克耳逊干涉仪，钠灯，毛玻璃屏等 【成绩考核方式】 1、成绩评定总则 总成绩分为三部分，即平时成绩、实验报告成绩、期末考试成绩。 2、平时成绩评定 平时成绩占总成绩的20%。平时考核形式包括：预习提问、考勤、课堂操作。 3、实验报告成绩评定 实验报告成绩占总成绩的30%。 4、期末考核评定 期末考试占总成绩的50%，采用笔试的方式，时间由学校统一安排。 【教材与参考书目】 指定教材：杨述武主编，普通物理实验（三、光学部分）第三版，高等教育出版社。 参考书目： 1、刘竹琴、杨能勋主编，大学物理实验教程，北京理工大学出版社。 【有关说明（教学建议）】 1、对基础性实验，可根据实验室情况多安排些实验项目，学生根据自身情况，利用 课余时间选做。 2、课堂教学中要注意运用“对话式”的教学方法，使学生在愉快的氛围中完成学习 任务。 3.对设计性实验，课堂教学中要注意运用“分组讨论式”的教学方法，将做相同实 验项目的同学分为一组，通过讨论、分析、归纳、总结，设计出实验方案，完成实验项 目。 4、进一步加强实验指导，引导学生对实验产生浓厚的兴趣，不断培养和提高学生的 综合素质。 .7