迈克尔逊干涉仪的调整与应用实验要点

实验要点

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v2.0（第二部分），其中

大学物理仿真实验v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版v2.0（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：