大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解

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实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用

实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用

实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用一、实验目的1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理及结构。

2. 学会迈克尔逊干涉仪的调整,基本掌握其使用方法。

3. 观察各种干涉现象,了解它们的形成条件。

二、实验仪器1. WSM-200型迈克尔逊干涉仪一台2. HNL-55700多束光纤激光源一台三、实验原理3.1 迈克耳孙干涉仪的构造图1为迈克尔逊干涉仪的结构示意图。

图1 迈克尔逊干涉仪的结构示意图仪器包括两套调节机构,第一套调节机构是调节反光镜1的位置。

旋转大转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移;第二套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线方向。

通过调节反光镜1、2后面的调节螺钉以及反光镜2的两个方向拉杆来控制反光镜的空间方位。

在仪器的中部和中部偏右处,分别固定安装着分光镜和补偿片,其位置对仪器的性能有重要影响,切勿变动。

在补偿片的右侧是反射镜2,它的位置不可前后移动,但其空间方位是可调的。

反射镜1和反射镜2是通过金属弹簧片以及调节螺钉与支架弹性连接的,调节反射镜支架上的三颗调节螺钉,改变弹簧片的压力,从而改变反射镜面在空间的方位。

显然,调节螺丝钉过紧或太松,都是不利于调节反射镜方位的错误操作。

反射镜1在导轨上的位置坐标值,由读数装置读出。

该装置共有三组读数机构:第一组位于左侧的直尺C1,刻度线以mm为单位,可准确读到毫米位;第二组位于正面上方的读数窗C2,刻度线以0.01mm为单位,可准确读出0.1和0.01毫米两位;第三组位于右侧的微动转轮的标尺C3,刻度线以0.0001mm为单位,可准确读0.001和0.0001毫米两位,再估读一位到0.00001毫米。

实际测量时,分别从C1、C2各读得2位数字、从C3读得3位(包括1位估读)数字,组成一个7位的测量数据,如图2所示。

可见仪器对位移量的测定精度可达十万分之一毫米,是一种图2 关于M1位置读数值的组成方法非常精密的仪器。

务必精细操作,否则很容易造成仪器的损坏!3.2 迈克耳孙干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是利用分振幅法产生的双光束干涉,其光路图如图3所示。

迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧

迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧

迈克耳孙干涉仪的调整与使用技巧迈克耳孙干涉仪(Michelson interferometer)是一种常用的光学仪器,广泛应用于光学测量、干涉实验等领域。

正确的调整和使用迈克耳孙干涉仪对于获得准确的实验结果至关重要。

本文将介绍迈克耳孙干涉仪的调整方法以及使用技巧,帮助读者更好地理解和应用这一仪器。

1. 干涉仪的基本原理迈克耳孙干涉仪是利用光的干涉原理进行测量的仪器。

它由两束光线沿不同路径传播后再次叠加产生干涉,通过观察干涉图案的变化可以获得有关样品或光源的信息。

2. 调整干涉仪的步骤(1)准备工作在调整迈克耳孙干涉仪之前,首先要确保仪器和光源的完好和稳定。

检查干涉仪的光学元件是否清洁,光源是否稳定,确保能够获得高质量的干涉图案。

(2)调整光路通过调整迈克耳孙干涉仪的光路,使得两束光相干,达到干涉的条件。

具体步骤如下:- a. 调整分束镜迈克耳孙干涉仪的分束镜是将光分成两束的关键元件。

调整分束镜的位置和角度,使得两束光线的光程差尽量为零。

- b. 调整反射镜调整迈克耳孙干涉仪的反射镜位置和角度,使得两束光线重新叠加时能够产生明亮的干涉条纹。

通过微调反射镜的位置和角度,使得干涉图案更加清晰和明亮。

(3)干涉图案的观察与调整在调整好光路之后,需要观察干涉图案,并进行调整以获得最佳的观察效果。

根据实验需求,通过微调分束镜和反射镜的位置和角度,调整干涉图案的大小、亮度和清晰度。

3. 干涉仪的使用技巧(1)保持稳定在使用迈克耳孙干涉仪进行实验时,保持仪器和光源的稳定非常关键。

避免干涉仪受到外界震动或温度变化的干扰,以确保实验的准确性和可重复性。

(2)校正光程差干涉仪的光程差是影响干涉图案的重要因素。

在实验中,根据需要可以通过微调分束镜或者引入补偿片等方法,校正光程差以获得所需的干涉效果。

(3)避免散射和干涉损失在进行干涉实验时,需要注意避免光线的散射和干涉损失。

合理调整干涉仪的参数,选择合适的光源和滤波器,减少或者消除散射光和多次反射干涉,确保实验结果的准确性。

实验26 麦克尔逊干涉仪的使用和调整

实验26 麦克尔逊干涉仪的使用和调整

(2)调节光束1和光束2重合
①用钠光灯直接照亮G1,从E处观察,可看到两个较亮的灯头像, 调节M1、M2的六个镜面调节螺钉,使两灯头像完全重合,此时应 可看到明暗相间的环状条纹; ②在钠光灯前放一毛玻璃,再使之照亮G1; ③调节M2的三个镜面调节螺,或者其下的垂直拉簧螺丝和水平拉簧 螺丝,使条纹变粗; ④如只看到镜面局部有条纹,可调节粗(微)调手轮来移动M1,使镜 面布满条纹; ⑤如看不到条纹圆心 调节M2的三个镜面调节螺,或者其下的垂直 和水平拉簧螺丝,使条纹圆心移入视场。
G1 G2 主刻度尺 读数窗 M1
粗调手轮
M2
微调手轮
四、操 作 指 导
1、怎样读数
M1的位置= 主尺显示的整毫米数 (×1mm)+ 读数窗示数(读到 0.01mm)+ 微调手轮示数(×0.0001mm )
2、迈克尔逊干涉仪的调节
(1)调光束1和光束2的光程基本相等 调节粗调手轮,使M1处在主刻度尺约 55mm的位置,此时从M1和M2反射回来的 光束的光程大约相等。
4、实验前后注意眼睛的休息。
实验 26 麦克尔逊干涉仪的 使用和调整
一、实 验 目 的
1.了解迈克尔逊干涉仪的构造原理和调整方 法; 2.观察扩展光源的定域干涉图样及测量钠光 的波长。
二、实验原理
1、光路原理
M1 M2
S
G1
G2
E
2、利用扩展光源的等倾干涉测入射光的波长
入射光的波长可以表示为 λ=2Δd/N
三、迈克尔逊干涉仪的结构
3、选择恰当的位置作为 初始位置
4、消除空回误差
如要从某一位置开始测(要看到条纹出现连 续变化)开始测量读数。测量过程中调节微调手轮必须 单方向连续进行,不可中途来回折返!

迈克尔逊干涉仪的调整和使用

迈克尔逊干涉仪的调整和使用

迈克尔逊⼲涉仪的调整和使⽤105实验5-9 迈克尔逊⼲涉仪的调整和使⽤迈克尔逊⼲涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作为研究“以太”漂移⽽设计出的精密光学仪器,在近代物理学的发展中起过重要的作⽤。

迈克尔逊曾⽤迈克尔逊⼲涉仪进⾏了“以太漂移”实验、标定⽶尺及推断光谱线精细结构等三项著名的实验。

第⼀项实验否定了“以太”的存在,从⽽“催⽣”了爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论;第⼆项实验实现了长度单位的标准化,对近代计量技术的发展作出了重要贡献;迈克尔逊研究了⼲涉条纹可见度随光程差变化的规律,并以此推断光谱线的精细结构,这是⼲涉分光技术的最早⼯作。

迈克尔逊⼲涉仪原理简明,构思巧妙,堪称精密光学仪器的典范。

近代⼲涉仪有许多都是从迈克尔逊⼲涉仪的基础上发展起来的,这些⼲涉仪可准确测定光波的波长、微⼩长度和透明介质的折射率等,在近代计量技术中得到了⼴泛应⽤。

由于迈克尔逊⼲涉仪的设计精巧,⽤途⼴泛,迈克尔逊曾于1907年获诺贝尔物理学奖。

【实验⽬的】1.了解迈克尔逊⼲涉仪的结构、原理和调节⽅法。

2.利⽤点光源产⽣的⾮定域⼲涉条纹测定He-Ne 激光的波长。

3.观察⾯光源产⽣的等倾、等厚⼲涉条纹,了解它们的形成条件及条纹特点。

【实验器材】WSM-100型迈克尔逊⼲涉仪、He-Ne 激光器、⽑玻璃屏、扩束镜。

【实验原理】⼀、迈克尔逊⼲涉仪的原理及结构 1. 光路迈克尔逊⼲涉仪是⼀种分振幅双光束⼲涉仪,光路见图5-9-1。

从光源S 发出的⼀束光射到分束镜1G 上,1G 板后表⾯镀有半反射(银)膜,这个半反射膜将⼀束光分为两束,⼀束为反射光(1),另⼀束为透射光(2),当激光束以与1G 成45°⾓射向1G 时,被分为互相垂直的两束光,它们分别垂直射到反射镜1M 、2M 上,1M 、2M 相互垂直,则经反向后这两束光再回到1G 的半反射膜上,⼜重新会集成⼀束光。

由于反射光(1)和透射光(2)为两束相⼲光,因此,我们可在E ⽅向观察到⼲涉现象。

实验报告迈克尔孙干涉仪的调节和使用

实验报告迈克尔孙干涉仪的调节和使用

实验报告迈克尔孙干涉仪的调节和使用摘要:本实验使用迈克尔孙干涉仪进行调节和使用的实验。

通过调节迈克尔孙干涉仪的各个参数,观察干涉条纹的变化,并利用干涉条纹的变化来测量试样的折射率。

实验结果表明,迈克尔孙干涉仪可以用于精确测量试样的折射率。

1.引言迈克尔孙干涉仪是一种常用的实验仪器,常用于测量试样的折射率。

其原理是利用干涉现象测量光的相位差,从而得到试样的折射率。

本实验的目的是通过调节迈克尔孙干涉仪的各个参数,观察干涉条纹的变化,并利用干涉条纹的变化来测量试样的折射率。

2.实验装置本实验使用的实验装置如下:-迈克尔孙干涉仪-光源-干涉条纹观察装置-试样3.实验步骤3.1调节光源位置首先,调节光源的位置,使得光线尽可能的聚焦。

将光源放置在干涉仪的一端,调节位置直到光线尽可能聚焦在另一端的反射镜上。

3.2调节反射镜位置接下来,调节干涉仪中的两个反射镜的位置,使得光线在两个反射镜上反射后能够相互叠加干涉。

调节两个反射镜的位置,使得光线在回程时能够与出发时的光线叠加干涉。

3.3调节反射镜角度在保持反射镜位置不变的情况下,调节反射镜的角度,使得光线在反射时达到最大干涉效果。

观察干涉条纹的亮度变化,调整反射镜角度直到达到最亮的干涉条纹。

3.4放置试样将试样放置在干涉仪的一端,观察干涉条纹的变化。

根据干涉条纹的变化,可以得到试样的折射率。

4.结果与分析实验结果表明,通过调节迈克尔孙干涉仪的各个参数,可以观察到干涉条纹的变化。

实验中观察到的干涉条纹的亮度变化可以用来测量试样的折射率。

根据干涉条纹的位置变化,可以计算出试样的相对折射率,进而得到试样的绝对折射率。

5.总结本实验通过调节迈克尔孙干涉仪的各个参数,观察干涉条纹的变化,并利用干涉条纹的变化来测量试样的折射率。

实验结果表明,迈克尔孙干涉仪可以用于精确测量试样的折射率。

这对于光学相关领域的研究具有重要的意义。

迈克尔逊干涉仪的调节和使用

迈克尔逊干涉仪的调节和使用

迈克尔逊干涉仪的调节和使用迈克尔逊干涉仪是光学实验中一种重要的仪器,它的原理是基于干涉现象来测量长度、速度、折射率等物理量。

因此,正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪对于实验结果的准确性和可靠性至关重要。

一、调节步骤1、粗调:首先调整干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。

2、细调:然后调整干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。

具体步骤如下:(1)将光源对准干涉仪的入射缝,调整干涉仪的三个脚螺旋,使干涉条纹出现在视野中。

(2)调节干涉仪的粗调旋钮,使干涉条纹大致对称。

(3)调节干涉仪的细调旋钮,使干涉条纹更加清晰、对称。

可以通过观察干涉条纹的移动方向和距离来判断调节是否正确。

(4)重复以上步骤,直到干涉条纹完全对称、清晰。

二、使用注意事项1、保持干涉仪的清洁,避免灰尘和污垢进入干涉仪内部。

2、在调节过程中,要轻拿轻放,避免损坏干涉仪的精密部件。

3、在使用过程中,要避免过度调节粗调旋钮和细调旋钮,以免损坏干涉仪的调节机构。

4、在记录实验数据时,要保证记录的准确性和完整性。

5、在实验结束后,要将干涉仪恢复到初始状态,以便下一次使用。

正确地调节和使用迈克尔逊干涉仪需要耐心和细心。

只有掌握了正确的调节方法,才能更好地发挥其作用,提高实验的准确性和可靠性。

迈克尔逊干涉仪法测定玻璃折射率迈克尔逊干涉仪是一种精密的光学仪器,其原理基于干涉现象,能够用于测量微小的长度变化和折射率。

本文将介绍如何使用迈克尔逊干涉仪法测定玻璃的折射率。

一、实验原理折射率是光学材料的一个重要参数,它反映了光在材料中传播速度的改变。

迈克尔逊干涉仪法利用干涉现象来测量折射率。

当光线通过不同介质时,其速度和波长都会发生变化,这就导致了光程差的产生。

通过测量光程差,我们可以计算出介质的折射率。

二、实验步骤1、准备实验器材:迈克尔逊干涉仪、单色光源(如激光)、测量尺、待测玻璃片。

2、将单色光源通过分束器分为两束相干光束,一束直接照射到参考镜,另一束经过待测玻璃片后照射到测量镜。

迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告

迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告

迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验报告一、仪器调节1.调整镜面平行度:首先放置迈克尔逊干涉仪的光源,然后用手将光源移动,调整反射平面镜的角度,使光线在迈克尔逊干涉仪的整个光路中都能自由传播。

2.调整分束镜:使用一张透明的玻璃片将光线分束,再观察平行光束通过分束镜后是否能刚好落在平面镜的表面上,如果不能,则需要调整分束镜的位置,直到两束光线都能够平行而且刚好敲在平面镜上。

3.调整反射镜:迈克尔逊干涉仪中的反射镜有一个活动镜面,需要调整其位置,使两束光线在平面镜上反射时能够准确地再次合成一束光线,从而形成干涉现象。

4.调整干涉条纹:最后,可以在观察屏幕上是否能够清晰地看到干涉条纹,在实验过程中可以适当调整光源的位置或者调整反射镜的倾斜角度,以获得更好的干涉效果。

二、实验使用1.实验准备:首先设置好迈克尔逊干涉仪,并确保调节好仪器,使光线能够正常穿过仪器。

2.实验操作:将待测光源置于迈克尔逊干涉仪的一个光路中,调整干涉仪中的反射镜位置,使干涉条纹清晰。

然后,改变待测光源的位置,测量干涉条纹的移动量,利用已知的反射器间距和探测器移动的距离,可以计算得到光的速度。

3.数据处理:使用测得的数据和已知的仪器参数,进行计算和分析。

根据测得的干涉条纹移动量和已知的反射器间距,利用干涉仪的原理和公式,计算得到光的速度。

5.讨论和结论:根据实验结果,对实验中的不确定因素进行讨论,并得出结论。

如果实验结果与理论值一致,说明测量方法正确并且仪器使用正常;如果存在差异,可以分析差异的原因,并进一步完善实验方法或改善仪器使用的条件。

总之,迈克尔逊干涉仪是一种常见的用于测量干涉现象的仪器,通过调节和使用可以进行光速测量、薄膜厚度测量等实验。

在进行实验操作时,需要注意仪器的准确调节和数据的准确处理,以确保实验结果的可靠性。

实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用

实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用

实验迈克尔逊干涉仪的调节和使用光的干涉是重要的光学现象之一,是光的波动性的重要实验依据。

两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象,即光的干涉现象。

光的波长虽然很短(4×10-7~8×10—7m之间),但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。

根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式,可以推出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等,因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。

迈克尔逊干涉仪(如图1)是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作,为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。

它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。

在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。

利用该仪器的原理,研制出多种专用干涉仪。

【实验目的】1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构,学习其调节方法。

2。

调节和观察等倾干涉、等厚干涉和非定域干涉现象;3.测量He—Ne激光的波长.【实验仪器】迈克耳逊干涉仪,He—Ne激光器,扩束透镜,毛玻璃,接收屏.【实验原理】:图1迈克耳逊干涉仪是利用半透膜分光板的反射和透射,把来自同一光源的光线用分振幅法分成两束相干光。

以实现光的干涉的一种仪器,它是用来测量长度或长度变化的精密光学仪器.下面介绍其结构及测量原理。

1迈克耳逊干涉仪结构简介1mm的精密丝杠,丝杠的一端与齿轮系统相连接.转动鼓轮或微调鼓轮都可使丝杠转动,从而带动滑块及固定在滑块上的反射镜M1沿着导轨移动.反射镜M1的位置读数由台面一侧的毫米标尺、读数窗9内的鼓轮刻度盘的读数(最小刻度为0。

01mm),及微调鼓轮刻度盘读数(最小分度为)读出。

反射镜M2固定在导轨的一侧.M1,M2两镜的背面各有三个调节螺钉,用以调节镜面的方位。

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迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点:(1)听完课后,同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容,特别是P189的干涉仪光路图(图5-61)、P191公式(5-123、5-124)的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。

测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。

注:迈克尔逊干涉仪有仿真实验,同学们可以在实验之前用其进行预习。

仿真实验位于:桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验(第二部分),其中大学物理仿真实验(第二部分).exe为正式版,大学物理仿真实验示教版(第二部分).exe为示教版,同学们在使用之前可先看示教版。

(2)实验内容1)掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法,并记录位置改变时干涉条纹的变化,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

2)根据逐差法的要求确定如何合理测量数据,规范记录实验数据及已知参数等。

3)拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,并利用仿真实验来验证实验方案。

4)(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。

(3)阅读F盘上的数据处理文件(迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)),了解需测量的数据要求(处理需用逐差法),确定如何进行数据测量。

根据需测量的数据,在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象,即先测量一小部份数据,弄清测量的重点与难点,确定测量方法,然后进行正式测量。

(4)测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的,需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法,并了解干涉条纹的变化情况,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。

(一些问题详见附录4 疑难解答)测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构(包括如何读数、校零、消空程等)。

测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温(详见38的实验内容1)。

(5)测波长的同学(后十位同学)需每冒出(或缩进)50环,读一次M镜1的位置,至少连续测8组,将数据填入表格,并观察其实验现象。

测线膨胀系数的同学(前十位同学)可以采用按升高(降低)一定的温度(例如2℃)测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量,要求连续测量8组;也可以采用按试件一定的伸长量(例如由20个干涉环变化算出的光程差),测出所需升高(降低)温度的方法进行测量,要求连续测量8组。

注:测波长或测线膨胀系数只需做其中之一,但两个实验都需要掌握;请注意数据处理文件(迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数))。

(6)将所测量数据输入相应的数据处理文件(位于F盘,共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件),不要关闭文件,让老师检查数据是否合格。

(7)数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据(并记录其标准值或参考值,详见附录1 数据记录要求),将原始数据与仪器使用登记本一并让老师签字,并了解如何处理所测数据(详见附录 2 数据处理要求)及逐差法相关知识(附录3 逐差法处理实验数据);(8)在预习报告后根据实际实验加上实验内容、实验步骤;(9)重新对仪器进行调节,熟悉调节要点,并观察相应的实验现象,掌握迈克尔逊干涉仪及线膨胀系数测定仪的调节与使用;(10)掌握迈克尔逊干涉仪仿真实验的使用,并利用其进行复习及进行实验,注意“迈克尔逊干涉仪(仿真实验演示).swf”文件(可以回去再做)。

(11)拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,并利用仿真实验来验证实验方案(可以回去再做)。

(12)(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等(可以回去再做)。

(13)完成相应实验并数据通过后,请收拾好仪器,整理好桌面,关好计算机才能离开实验室,值日生请整理好实验室仪器并打扫卫生重才能离开实验室。

附录1 数据记录要求注:要求使用空白实验报告纸记录实验数据,不能使用铅笔,不能有涂改。

实验名称:实验地点:仪器号数:课号:实验时间:姓名:学号:一、迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光的波长(测量固体试件的线膨胀系数)1、记录已知参数,并记录相应的实验现象2、自拟表格记录所测量数据3、记录所测量数据的相应结果(结果、准确度、精确度等),用以参考。

二、拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,要求如下:1、简洁明了的实验原理、公式与实验现象2、根据1写出实验方案,要有关键的实验要点及相应实验现象说明3、确定实验方案的数据测量量,拟定数据记录表格4、利用仿真实验来验证实验方案三、(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等附录2 数据处理要求1、处理时需重列表格,用逐差法处理数据,要求有关键公式、步骤;2、处理结果与标准(或参考值)比较并作分析,正确表示实验结果,并进行实验小结、讨论;3、(不作硬性要求,但要了解)求出结果的不确定度,逐差法的不确定度求解可参考《逐差法处理实验数据》部份。

附录3 逐差法处理实验数据当实验中、两物理量满足正比关系时,依次记录改变相同的量时的值:x1,x2…x n(或者当某一研究对象随实验条件周期性变化时,依次记录研究对象达到某一条件(如峰值、固定相位等)时的值x1,x2…x n:),的间隔周期的求解方法若由x1,x2…x n 逐项逐差再求平均:其中只利用了和,难以发挥多次测量取平均以减小随机误差的作用,此时应采用隔项逐差法(简称逐差法)处理数据。

逐差法处理数据时,先把数据分为两组,然后第二组的与第一组相应的相减,如下表:n第一组第二组逐差处理结果不确定度分析n为偶数时,每组个对,和均含有,则方和根合成有可采用下式粗略估算不确定度n为奇数时,可以任意舍掉第一个数据或最后一个数据或正中间的一个数据,再按以上方法处理。

但要注意舍掉正中间的数据时两组相应数据之间的实际间隔大小。

逐差法处理数据举例:外加砝码下,弹簧伸长到的位置记录如下表,可用逐差法求得每加一个1kg 的砝码时弹簧的平均伸长量(满足前提条件:弹簧在弹性范围内伸长,伸长量与外加力成正比),也可求得弹簧的倔强系数。

已知测量时,估算(见下表)。

实验数据 数 据 处 理处理结果:1 2 3 456 78逐差法提高了实验数据的利用率,减小了随机误差的影响,另外也可减小中仪器误差分量,因此是一种常用的数据处理方法。

有时为了适当加大逐差结果为个周期,但并不需要逐差出个数据,可以连续测量n 个数据后,空出若干数据不记录,到时,再连续记录n 个数据,对所得两组数据进行逐差可得:,不确定度可简化由:来估算。

严格地讲以上介绍的一次逐差法理论上适用于一次多项式的系数求解,要求自变量等间隔地变化。

有时在物理实验中可能会遇到用二次逐差法、三次逐差法求解二次多项式、三次多项式的系数等,可参考有关书籍作进一步的了解。

附录4 疑难解答1. 观察点光源非定域干涉时,屏上只看到一大片光斑,看不到干涉条纹,怎么办移走扩束镜,调节激光管方位,配合调M1、M2后螺钉,使由M1、M2反射的最亮光点能大致回到激光管中,此时入射光与分光板成45°角。

然后重新微调M1、M2后面的螺钉,使得屏上两排光点中最亮光点完全重合,重合的标准是最亮光点中出现细条纹(其它光点也有细条纹),如图所示。

再放上扩束镜,屏上必看到干涉条纹。

2. 观察点光源非定域干涉时,屏上只看到干涉圆弧,没看到干涉圆环,怎么办调节水平拉簧螺钉和垂直拉簧螺钉,使干涉条纹往变粗变稀方向移动,必可调出干涉圆环的圆心。

3. 调节微调旋钮时,没看到圆环“冒出”或“缩进”,怎么办原因:可能是微调旋钮与移动可动镜M1的精密丝杆之间出现了“滑丝”。

办法:可调节粗调大手轮,使M1重新移到一个粗调位置,再使微调手轮多转几圈,确保微动鼓轮螺帽与螺杆间无间隙(空程误差),转动微动鼓轮,必可看到圆环“冒出”或“缩进”现象。

每次正式测量读数前,为防止空程误差,也应使微动鼓轮多转几圈,看到圆环“冒”或“缩”时才往一个方向转动读数,中途中微动鼓轮不能反转。

圆环“冒出”、“缩进”现象4. 如何对M1位置进行读数该读数由三部分组成:①标尺读数,只读出整毫米数即可,不需估读;②粗调大手轮读数,直接由窗口读出毫米的百分位,也不需估读;③微动鼓轮读数,由微动鼓轮旁刻度读出,需要估读一位,把读数(格数)乘10-4即毫米数。

M1位置读数为上三读数和。

例:5.什么是定域干涉什么是非定域干涉干涉条纹是定域还是非定域的,取决于光源的大小。

如果是点光源,条纹是非定域的,在平面镜M1M2反射光波重叠区域内都能看到干涉条纹。

如果在扩束镜与分光板间放一毛玻璃,则点光源发出的球面波经毛玻璃散射成为扩展面光源,条纹则是定域干涉(等倾干涉条纹)。

6. 迈克尔逊干涉仪中补偿板、分光板的作用是什么分光板是后表面镀有半反射银膜的玻璃板,激光入射后经半反射膜能分解为两束强度近似相等光线。

补偿板是折射率和厚度与分光板完全相同的玻璃板,使分光板分解的两束光再次相遇时在玻璃板中通过相同的光程,这样两光束的光程差就和在玻璃中的光程无关了。

7.当反射镜M1和M2不严格垂直时,在屏上观察到的干涉条纹分布具有什么特点此时M1与M2'之间形成一楔形空气薄层,用平行光照射将产生等厚干涉条纹,即空气层厚度相同的点光程差相同构成同一级干涉条纹,这些条纹是一系列等间距的直条纹。

8.为什么不能用眼睛直接观察未扩束的激光束因为没有扩束的激光能量集中,光强较大,直接射入眼内会使视网膜形成永久性的伤害。

9.在迈克尔逊干涉仪实验中,用激光作光源的调整过程中,看到的是两排光点还是两个光点为什么实验中看到的是两排光点,因为光线在玻璃板与平面镜之间有多次反射。

实验中只需调节两排光点中最亮光点即可。

10.实验中为什么用逐差法处理实验数据本实验采用分组隔项逐差法,可以充分利用所测数据,更好的估算最佳值,更合理地估算测量误差及不确定度。

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