分光计实验思考题

实验十六 示波器的使用

【预习题】

1．示波器为什么能把看不见的变化电压显示成看得见的图象？简述其原理。

答：（1）示波管内高速电子束使荧光屏上产生光亮点，而电子束的偏转角度（光点在荧光屏上的位移）是

受X轴和Y轴偏转板上所加电压的控制。

（2）若只在X轴偏转板上加一个锯齿波电压（该电压随时间从-U按一定比

例增大到+U），则光点就会从荧光屏左端水平地移动到右端（称为扫描），由于荧光屏上的发光物质的特性使光迹有一定保留时间，因而在屏幕水平方向形成一条亮迹（称为扫描线）。

（3）若只在Y轴偏转板上加信号电压，则随着信号幅度的变化光点就会在荧

光屏竖直方向作上下移动形成一条竖直亮迹。

（4）如在Y轴偏转板加上电压信号，同时又在X轴偏转板加上锯齿波扫描电压，则电子束受到水平和竖直电场的共同作用，光点的轨迹呈现二维图形（光点在X方向均匀地从左向右水平移动的同时又在Y方向随信号幅度的变化在竖直方向作上下移动），即将Y轴偏转板上电压信号幅度随时间变化的规律在屏幕上展开成为函数曲线（即信号波形）。

（5）要得到清晰稳定的信号波形，扫描电压的周期

期

必须满足

，以保证

与信号电压的周

的起点始终与电压信号固定的一点相对应

（称同步），屏幕上的波形才能稳定。

（6）为了得到可观察的图形，锯齿波扫描电压必须重复扫描．

2．观察波形的几个重要步骤是什么?

答：（1）开启示波器电源开关后，将耦合开关置“⊥”，，调整辉度、聚焦以及垂直、水平位移旋钮使屏幕中部出现亮度适中细小的亮点。

（2）观察、测量时将耦合开关置“AC”或“DC”， 触发选择开关置“INT”，

将信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端。

（3）调节Y轴灵敏度选择开关和X轴扫描选择开关以及触发电平旋钮，使信号幅度在屏幕范围内（屏幕竖直标尺的2/3左右），且有2—5个完整稳定的波形。 （4）定量测量时还应注意将扫描微调旋钮和Y轴微调旋钮置于校准位置（顺

时针旋转至最大）。

3．怎样用李萨如图形来测待测信号的频率?

答：1．将示波器功能置于外接状态（触发选择开关置“EXT”，触发信号极性开关置“X”）。将信号发生器的正弦波信号用同轴电缆线连接到X轴输入端，待测频率的信号用同轴电缆线连接到Y轴输入端，分别调节信号发生器幅度旋钮和Y轴灵敏度选择开关，使亮迹形成的图形在屏幕范围内。

2．调节信号发生器输出信号的频率，使合成的李萨如图形为稳定的“○”

形，从信号发生器上读出输出信号的的频率值Fx1，根据合成李萨如图形的两个信号频率比与图形切点数的关系Fx：Fy =NY：NX，求出Fy1 。

3．再改变信号发生器输出信号的频率，使合成的图形为“∞” 、“ 8”、

“000”等，NY：NX分别为“1：2”、“2：1”、“1：3”等，相应地读出信号发生器输出信号的频率为FX2 、 FX3 、 FX4 等，求出FY2 、 FY3 、 FY4 等，算出的FY的平均值即为待测信号的频率。 【思考题】

1．在示波器的荧光屏上得到一李萨如图形，Y轴、X轴与图形相交时交点数之

比 ，已知 ，求 。

答： 。

2．为什么在共振状态下测声速? 如何判断系统是否处于共振状态?

答：本实验中将电信号转换为超声波信号的器件是压电陶瓷换能器，该换能器有一最佳响应的频率，当电信号频率等于该响应的频率时，压电陶瓷片产生共振，输出信号最大，便于测量。示波器屏幕上的信号幅度为最大值时，系统处于共振状态。

实验十七 分光计的使用 用光栅测波长

【预习题】

1．分光计主要由几部分组成？各自作用是什么？

答：（1）分光计主要由底座、平行光管、载物台、望远镜和刻度盘五个部分组成。（2）底座上承载着其它四个部分，其中载物台、望远镜和刻度盘都可绕底座上的主轴转动；平行光管用来产生平行光；载物台用来放置被测样品；望远镜用来接收平行光；刻度盘与游标盘配合用来读取数据。 2．分光计调节要求是什么？

答：分光计的调节要达到三个要求：（1）望远镜能接收平行光。（2）平行光管能发出平行光。（3）望远镜的光轴和平行光管的光轴与仪器的主轴垂直。载物台与仪器的主轴垂直。

3．用光栅测波长时，光栅应如何放置？为什么？

答：用光栅测波长时按图17-7放置光栅。因为这样放置可方便调节。当调节平行光垂直照射光栅表面时（即光栅平面与平行光管轴线垂直），只须调节螺钉Ⅰ和Ⅱ；调节平行光管的狭缝与光栅刻痕平行时，只须调节螺钉Ⅲ。

【思考题】

1．为什么要用各半调节法调节望远镜的主轴垂直于仪器的主轴？

答：综合考虑调节载物台调平螺钉Ⅰ或Ⅱ与调节望远镜水平度调节螺钉对正反两面亮十字反射像与分划板上方的水平刻线间高度差的相互影响，从而加快调节速度。 2．当狭缝过宽或过窄时，将会出现什么现象？为什么？

答：当狭缝过宽时，衍射条纹将变粗，相互靠近的条纹无法分开，在测量时难以确定条纹的中心位置。

当狭缝过窄时，将看不见衍射条纹，因而无法测量。 3．用公式

答：用公式

测光波波长应保证什么条件？实验中如何检查条件是否满足？

测光波波长应保证：平行光垂直照射在光栅上。实验中通

过检查0级谱线和光栅面反射的绿十字像的位置检查条件是否满足。0级谱线应与竖叉丝重合，且被测量用（中叉丝）的水平叉丝平分。光栅面反射的绿十字像应与调整叉丝（上叉丝）重合。

实验十九 光具组基点的测定

【预习题】

1．主点（或面）、节点（或面）的含义是什么？它们在什么条件下重合在一起？

答：主点是横向放大率 第一主点

的一对共轭点。若将物体垂直于系统的光轴放置在

处。过主点垂直所示）。第一、第

的一对共轭

处，则必成一个与物体同样大小的正立像于第二主面

、

于光轴的平面，分别称为第一、第二主面（如图中 二主面主面是一对横向放大率

的共轭面。节点是角放大率

点。如图所示：入射光线（或其延长线）通过第一节点 必通过第二节点 第一、第二节面。

，并与过

时，出射光线（或其延长线）

的入射光线平行。过节点垂直于光轴的平面分别称为

当共轴球面系统处于同一媒质时，两主点分别与两节点重合。

2．实验中确定节点的依据是什么？如何确定？

答：入射光线通过第一节点

时，出射光线必通过第二节点

，并与过

的

入射光线平行。实验时不断改变光具组在上层导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上则像点位置不动时，光具组的第二节点

恰好在回转轴

点的位置上。

3．如何调共轴，在实验中调共轴有什么必要性？

答：用两次成像法调节共轴。实验中调共轴可减小测量误差。

【思考题】

1．当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点是在转轴的哪一方？反之如何？试绘图说明。

答：当顺时针转动上层导轨时，屏上的像反时针移动，此时节点在转轴的左侧（图1）；反之在转轴的右侧（图2）。

图1 图2

2．第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透镜，在什么条件下才是对的？（光具组由二薄透镜组成）

答：当镜。

3．由一凸透镜和一凹透镜组成的光具组，如何测量其基点？（距离

答：根据自己选定的

可自己设定）

即

时，第一主面靠近第一透镜，第二主点靠近第二透

，计算主点及焦点的大小，若焦点在光具组外，测量方法同

实验所介绍方法相同。若焦点在光具组内，则需增加一凸透镜，使光具组内焦点的像经凸透镜后成像在屏上，再改变光具组在上层导轨上的位置并使上层导轨饶回转轴转动，当屏上的像点不动时，转轴 和所测像距算出。

实验三十三 全息照相

【预习题】

1．普通照相和全息照相的区别在哪里？

答：普通照相底片上记录的图象只反映了物体上各点发光的强弱变化，也就是只记录了物光的振幅和频率信息，而丢失了物光相位信息，所以在照相纸上显示的只是物体的二维平面像，丧失了物体的三维特征。

全息照相与普通照相完全不同，它不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把光波的振幅和位相信息全部记录了下来。并且在一定条件下，得到的全息图还能将所记录的全部信息完全再现出来，因而再现的像是一个逼真的三维立体像。

点的位置即节点位置，焦点的位置可根据凸透镜的焦距

2．全息照相的两个过程是什么？怎样才能把物光的全部信息同时记录下来呢？ 答：全息照相的两个过程是拍摄与再现。全息照相不用透镜或其他成像装置，而是利用光的干涉，把物光的振幅和位相信息全部记录了下来。 3．如何获得全息图的再现像？

答：将全息图放在拍摄时的底片夹上，将扩束后的激光以参考光相同的角度照射全息图，透过全息图朝原来拍摄时放置物体的方向看去，就能看到与原物形象完全一样的立体虚像。

4．为什么物光和参考光的光程要大致相等即光程差要尽量的小?

答：保证物光波和参考光波有良好的相干性。

【思考题】

1．拍摄一张高质量的全息图应注意哪些问题?

答：为保证全息照片的质量，各光学元件应保持清洁。若光学元件表面被污染或有灰尘，应按实验室规定方法处理，切忌用手、手帕或纸片等擦拭。 2．绘出拍摄全息图的基本光路，说明拍摄时的技术要求。

答：①拍摄全息图的基本光路如下：

②拍摄时的技术要求，主要有： （1）全息实验台的防震性能要好。

（2）要有好的相干光源。同时要求物光波和参考光波的光程尽量相等，光程差

尽量小，以保证物光波和参考光波有良好的相干性。

（3）物光和参考光的光强比要合适，一般选择1：2到1：5之间为宜。两者间

的夹角在30到90度之间。 3．全息图的主要特点是什么？

答：全息图上记录的是物光和与参考光相干涉时，形成的不规则干涉条纹。条纹的形状与被拍摄物体没有任何几何相似性，而图上任何一小部分都包含着整个物体的信息。 4．为什么被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像？

答：因为全息图上任何一小部分都包含着整个物体的信息，所以被打碎的全息片仍然能再现出被摄物体的像。

实验三十四 用波尔共振仪研究受迫振动

【预习题】

1．受迫振动的振幅和相位差与哪些因素有关?

答：受迫振动达到稳定状态时，其振幅与相位差由下式给出

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