1、實驗要點實驗前請認真閱讀本要點：（1）聽完課后，同學們結合儀器請仔細閱讀教材的相關內容，特別是 P189 的干涉儀光路圖（圖5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由來及應用、P193至 P194的儀器說明與練習一。測量固體試件的線膨脹系數還要閱讀教材的P136與P138的實驗內容1。注：邁克爾遜干涉儀有仿真實驗，同學們可以在實驗之前用其進行預習。仿真實驗位于：桌面大學物理仿真實驗大學物理仿真實驗 v2.0 （第二部分），其中大學物理仿真實驗v2.0 （第二部分）.exe為正式版，大學物理仿真實驗示教 版v2.0 （第二部分）.exe為示教版，同學們在使用之前可先看示教版。（2）實

2、驗內容1）掌握邁克爾遜干涉儀的調節方法， 并記錄位置改變時干涉條紋的變化， 如 條紋的“冒出”和“縮進”、條紋的疏密、條紋間距與“空氣薄膜”的關系等。2）根據逐差法的要求確定如何合理測量數據，規范記錄實驗數據及已知參數 等。3）擬定利用邁克爾遜干涉儀測量透明薄片的折射率（厚度）的實驗方案，并 利用仿真實驗來驗證實驗方案。4）（選做）利用仿真實驗測量測量鈉光的波長、鈉黃光雙線的波長差、鈉光 的相干長度等。（3）閱讀F盤上的數據處理文件（邁克爾遜干涉儀的調整與應用數據處理、 線膨脹系數測量數據處理（據環數記溫度卜線膨脹系數測量數據處理（據溫度記環 數），了解需測量的數據要求（處理需用逐差法），確定

3、如何進行數據測量。根 據需測量的數據，在實驗儀器上進行預測量與觀察相應的實驗現象，即先測量一小部份數據，弄清測量的重點與難點，確定測量方法，然后進行正式測量。（4）測波長與測線膨脹系數的主要調節方法是一樣的，需掌握邁克爾遜干涉光路的調節方法，并了解干涉條紋的變化情況，如條紋的“冒出”和“縮進”、條紋的疏密、條紋間距與“空氣薄膜”的關系等。（一些問題詳見附錄4疑難 解答）測量He-Ne激光的波長的同學還要掌握如何正確使用讀數結構（包括如何讀 數、校零、消空程等）。測量固體試件的線膨脹系數的同學還要掌握如何正確進行控溫（詳見38的實驗內容1）。（5）測波長的同學（后十位同學）需每冒出（或縮進）50

4、環，讀一次Mi鏡的位置，至少連續測8組，將數據填入表格，并觀察其實驗現象。測線膨脹系數的同學（前十位同學）可以采用按升高（降低）一定的溫度（例 如2C）測量試件伸長量的方法（采用逐差法）進行測量，要求連續測量8組；也 可以采用按試件一定的伸長量（例如由20個干涉環變化算出的光程差），測出所 需升高（降低）溫度的方法進行測量，要求連續測量 8組。注：測波長或測線膨脹系數只需做其中之一，但兩個實驗都需要掌握；請注意數據處理文件（邁克爾遜干涉儀的調整與應用數據處理、線膨脹系數測量數 據處理（據環數記溫度卜線膨脹系數測量數據處理（據溫度記環數）。（6）將所測量數據輸入相應的數據處理文件（位于 F盤，共

5、有邁克爾遜干 涉儀的調整與應用數據處理、線膨脹系數測量數據處理 （據環數記溫度卜線膨脹 系數測量數據處理（據溫度記環數）三個文件），不要關閉文件，讓老師檢查數據 是否合格。（7）數據合格后重新用新報告紙按要求記錄所測數據（并記錄其標準值或 參考值，詳見附錄1數據記錄要求），將原始數據與儀器使用登記本一并讓老師 簽字，并了解如何處理所測數據（詳見附錄2數據處理要求）及逐差法相關知 識（附錄3逐差法處理實驗數據）；（8）在預習報告后根據實際實驗加上實驗內容、實驗步驟；（9）重新對儀器進行調節，熟悉調節要點，并觀察相應的實驗現象，掌握 邁克爾遜干涉儀及線膨脹系數測定儀的調節與使用；（10）掌握邁克爾

6、遜干涉儀仿真實驗的使用，并利用其進行復習及進行實驗，注意“邁克爾遜干涉儀（仿真實驗演示）.swf ”文件（可以回去再做）。（11）擬定利用邁克爾遜干涉儀測量透明薄片的折射率 （厚度）的實驗方案， 并利用仿真實驗來驗證實驗方案（可以回去再做）。（12）（選做）利用仿真實驗測量測量鈉光的波長、鈉黃光雙線的波長差、 鈉光的相干長度等（可以回去再做）。（13）完成相應實驗并數據通過后，請收拾好儀器，整理好桌面，關好計算 機才能離開實驗室，值日生請整理好實驗室儀器并打掃衛生重才能離開實驗室。附錄1數據記錄要求注：要求使用空白實驗報告紙記錄實驗數據，不能使用鉛筆，不能有涂改。實驗名稱：實驗地點：儀器號數：

7、課號：實驗時間：姓名：學號：一、邁克爾遜干涉儀測量He-Ne激光的波長（測量固體試件的線膨脹系數）1、記錄已知參數，并記錄相應的實驗現象2、自擬表格記錄所測量數據3、記錄所測量數據的相應結果（結果、準確度、精確度等），用以參考。二、擬定利用邁克爾遜干涉儀測量透明薄片的折射率（厚度）的實驗方案，要求如下：1、簡潔明了的實驗原理、公式與實驗現象2、根據1寫出實驗方案，要有關鍵的實驗要點及相應實驗現象說明3、確定實驗方案的數據測量量，擬定數據記錄表格4、利用仿真實驗來驗證實驗方案三、（選做）利用仿真實驗測量測量鈉光的波長、鈉黃光雙線的波長差、鈉光的相干長度等附錄2數據處理要求1、 處理時需重列表格，

8、用逐差法處理數據，要求有關鍵公式、步驟；2、 處理結果與標準（或參考值）比較并作分析，正確表示實結果，并進行實驗小結、討論；3、 （不作硬性要求，但要了解）求出結果的不確定度，逐差法的不確定度求解可參考逐差法處理實驗數據部份。附錄3逐差法處理實驗數據當實驗中x、刀兩物理量滿足正比關系時，依次記錄 了改變相同的量Sy時的x值： Xi,X2, Xn （或者當某一研究對象 A隨實驗條件X周期性變化時，依次記錄研究對象達到某一 條件（如峰值、固定相位等）時的或值Xi, X2, Xn：）,X的間隔周期N的求解方法若由Xi,X2, Xn 逐項逐差再求平均：77 自之一占J +優3 一工2， 制一句-1，

9、題一句 式=1盟 一1其中只利用了 不和石 ,難以發揮多次測量取平均以減小隨機誤差的作用，此時應采用隔項 逐差法（簡稱逐差法）處理數據。逐差法處理數據時，先把數據分為兩組，然后第二組的齊郎7與第一組相應的 餐 相減,如下表：n第一組第二組逐差處理結果不確定度分析回頁首上對烈X -仆用一個產M蕤和 不均含有£州，則方和根合成M' Z 色 =q有n為偶數時，每組= n/2個第1組三i%第二組小嘀工獷+1h為,+，西 %+1一西/力-馬4 - 'J ¥1士“我 f)x = -f/管盟24 = a/JS + 4S =可采用卜式粗略估算不確定度以=+ 2名電2W囁&q

10、uot;>+2溫n為奇數時，可以任意舍掉第一個數據或最舟-個數據或正中間的一個數據，再按以上方法處理。 卜要注意舍掉正中間的數據時兩組相應數據之間的實際間隔大小。逐差法處理數據舉例:外加祛碼/下，彈簧伸長到的位置記錄如下表，可用逐差法求得每加一個1kg的祛碼時彈簧的平均伸長量 圖（滿足前提條件：彈簧在彈性范圍內伸長， 伸長量與外加 力成正比），也可求得彈簧的倔強系數 尢。已知4測量時 "=。105cM，估算燃（見下 表）。實驗數據數據處理i的伉g）/式沏）4八"心S =4珈=7 8725-4 1 968® 忱11.002.007.9022.004.017.9

11、233.006.057.8044.007.957.8755.009.9066.0011.934J =，4 = Z872577.0013.85j.i/88.0015.82* =序"可" 7 =。535= ；J(L5gxO.Q53 +2父0 0 戶=0 02次制處理結果:% 1.009.80 .= = 498N/ 陽1968m。逐差法提高了實驗數據的利用率，減小了隨機誤差的影響，另外也可減小 式中儀器 誤差分量，因此是一種常用的數據處理方法。Q有時為了適當加大逐差結果為 兩個周期百，但并不需要逐差出 兩個數據，可以連 續測量勺，/（用 < 啕n個數據后，空出若干數據不記錄

12、，到 X 時，再連續記錄 工忖1'+工小+n個數據，對所得兩組數據進行逐差可得：尸+2小來估算。_ E（x - %）了二 修君,不確定度可簡化由:Q嚴格地講以上介紹的一次逐差法理論上適用于一次多項式的系數求解，要求自變量 等間隔地變化。有時在物理實驗中可能會遇到用二次逐差法、三次逐差法求解二次多項式、 三次多項式的系數等，可參考有關書籍作進一步的了解。附錄4疑難解答1 .觀察點光源非定域干涉時，屏上只看到一大片光斑，看不到干涉條紋，怎么辦？移走擴束鏡，調節激光管方位，配合調 Ml M2后螺釘，使由M1、M2反射的最亮光點能大致回到激光管中，此時入射光與分光板成45。角。然后重新微調 M

13、1、M2后面的螺釘，使得屏上兩排光點中最亮光點完全重合，重合的標準是 最亮光點中出現細條紋（其它光點也有細條紋），如圖所示。再放上擴束鏡，屏上必看到干涉條紋。2 .觀察點光源非定域干涉時，屏上只看到干涉圓弧，沒看到干涉圓環，怎么辦？調節水平拉簧螺釘和垂直拉簧螺釘，使干涉條紋往變粗變稀方向移動，必可調出干涉圓環的圓心。3 .調節微調旋鈕時，沒看到圓環冒出”或縮進"，怎么辦？原因：可能是微調旋鈕與移動可動鏡M1的精密絲桿之間出現了 滑絲”。辦法：可調節粗調大手輪，使 M1重新移到一個粗調位置，再使微調手輪多轉幾圈，確保微動鼓輪螺帽與螺桿間無間隙（空程誤差），轉動微動鼓輪，必可看到圓環冒出

14、”或 縮進現象。每次正式測量讀數前，為防止空程誤差，也應使微動鼓輪多轉幾圈，看到圓環冒”或縮”時才往一個方向轉動讀數，中途中微動鼓輪不能反轉。圓環冒出“、縮進”現象改 口 5Q(ill Illi Illi ill/由微動鼓輪旁刻度讀出,4 .如何對M1位置進行讀數?該讀數由三部分組成： 標尺讀數，只讀出整毫米數即可，不需估讀；粗調大手輪讀數，直接由窗口讀出毫米的百分位，也不需估讀；微動鼓輪讀數,估讀54. 51 625畫/ TA標尺大手輪微動鼓輪需要估讀一位，把讀數（格數）乘 10-4即毫米數。M1位置讀數為上三讀數和。例:5 .什么是定域干涉？什么是非定域干涉?干涉條紋是定域還是非定域的，取

15、決于光源的大小。如果是點光源，條紋是非定域的, 在平面鏡M1M雙射光波重疊區域內都能看到干涉條紋。如果在擴束鏡與分光板間放一毛玻璃，則點光源發出的球面波經毛玻璃散射成為擴展面光源，條紋則是定域干涉（等傾干涉條紋）。6 .邁克爾遜干涉儀中補償板、分光板的作用是什么？分光板是后表面鍍有半反射銀膜的玻璃板，激光入射后經半反射膜能分解為兩束強度近似相等光線。補償板是折射率和厚度與分光板完全相同的玻璃板，使分光板分解的兩束光再次相遇時在玻璃板中通過相同的光程，這樣兩光束的光程差就和在玻璃中的光程無關了。7 .當反射鏡M1和M2不嚴格垂直時，在屏上觀察到的干涉條紋分布具有什么特點？此時M1與M2'之間形成一楔形空氣薄層，用平行光照射將產生等厚干涉條紋，即空氣層 厚度相同的點光程差相同構成同一級干涉條紋，這些條紋是一系