1、文檔編碼 : CJ1B6U9M9A5 HB4J1I2M4J9 ZH1W5S10Z5N1- -同學物理試驗報告試驗名稱 邁克爾遜干預儀的使用學院專業班級 報告人學號 同組人學號 同組人學號 同組人學號 理論課任課老師 試驗課指導老師 試驗日期 報告日期 試驗成果 批改日期試驗目的- word.zl- -（1）明白邁克爾遜干預儀的原理并把握其調劑方法（2）觀看等傾干預、等候干預的條紋,并能區分定域干預和非定域干預（3）測定 He-Ne 激光的波長（4）觀看白光干預條紋和測定鈉光波長及相干長度試驗儀器邁- 克爾遜干預儀、He-Ne激光器；word.zl- -試驗原理1邁克爾遜干預儀圖 1 是邁克爾遜

2、干預儀實物圖；圖2 是邁克爾遜干預儀的光路示意圖,圖中M和 M是在相互垂直的兩臂上放置的兩個平面反射鏡,其中M是固定的； M 由精細絲桿把握,可沿臂軸前、后移動,移動的距離由刻度轉盤 由粗讀和細讀 2 組刻度盤組合而成 讀出；在兩臂軸線相交處,有一與兩軸成 45 角的平行平面玻璃板 G,它的其次個平面上鍍有半透半反射的銀膜,以便將入射光分成振幅接近相等的反射光和透射光,故 G又稱為分光板；G也是平行平面玻璃板,與 G平行放置,厚度和折射率均與 G一樣；由于它補償了光線和因穿越 G次數不同而產生的光程差,故稱為補償板；從擴展光源 S 射來的光在 G處分成兩局部,反射光經 G反射后向著 M前進,透

3、射光透過 G向著 M前進,這兩束光分別在 M、M 上反射后逆著各自的入射方向返回,最終都到達 E處；由于這兩束光是相干光,因而在 由 M反射回來的光波在分光板E 處的觀看者就能夠看到干預條紋；G的其次面上反射時, 如同平面鏡反射一樣,使 M在 M鄰近形成 M的虛像 M ,因而光在邁克爾遜干預儀中自 M和 M的反射相當于自 M和 M 的反射；由此可見,在邁克爾遜干預儀中所產生的干預與空氣薄膜所產生的干預是等效的；當 M和 M 平行時 此時 M和 M嚴格相互垂直 ,將觀察到環形的等傾干預條紋；一般情形下,M和 M形成一空氣劈尖,因此將觀看到近似平行的干預條紋 等厚干預條紋 ；2單色光波長的測定用波

4、長為 的單色光照明時,邁克爾遜干預儀所產生的環形等傾干預圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差,而由差為M和 M反射的兩列相干光波的光程 2dcos i 1 其中 i 為反射光在平面鏡 M上的入射角；對于第 k 條紋,那么有2dcos ik 2 當 M和 M 的間距 d 逐步增大時,對任一級干預條紋,例如 k 級,必定是以削減 cosi的值來中意式 2的,故該干預條紋間距向i變大 cos i值變小 的方向移動,即向外擴展；這時,觀看者將看到條紋似乎從中心向外“ 涌出,且每當間距d 增加/2 時,就有一個條紋涌出；反之,當間距由大逐步變小時,最靠近中心的條紋將一個一個地“ 陷入中心,且每陷入一個條

5、紋,間距的轉變亦為 /2；因此,當 M2 鏡移動時,假設有 N 個條紋陷入中心,那么說明 M相對于 M移近了 dN 3 反之,假設有 N 個條紋從中心涌出來時,那么說明 M相對于 M 移遠了同樣的距離；假如精確地測出 M移動的距離 d,那么可由式 3運算出入射光波的波長；3測量鈉光的雙線波長差 鈉光 2 條強譜線的波長分別為 589.0 nm 和 589.6 nm,移動 M ,當光程差中意兩列光波和的光程差恰為 的整數倍,而同時又為 的半整數倍,即 k k 這時 光波生成亮環的地方,恰好是 光波生成暗環的地方；假如兩列光波的強度相等,那么- word.zl- -在此處干預條紋的視見度應為零即條

6、紋消逝 ；那么干預場中相鄰的2 次視見度為零時, 光程差的變化應為 Lkk1k 為一較大整數 由此得于是 =d,那么光程差的變化L式中 為、的平均波長；對于視場中心來說,設M 鏡在相繼 2 次視見度為零時移動距離為應等于 2 d,所以對鈉光589.3 nm,假如測出在相繼2 次視見度最小時,M鏡移動的距離 4 d ,就可以由式4求得鈉光 D 雙線的波長差；4.點光源的非定域干預現象激光器發出的光,經凸透鏡L 后會聚 S 點； S 點可看做一點光源,經GG未畫 、M、M的反射, 也等效于沿軸向分布的2 個虛光源 S 、 S 所產生的干預；因S 、S 發出的球面波在相遇空間處處相干,所以觀看屏E

7、放在不同位置上,那么可看到不同形狀的干預條紋,故稱為非定域干預； 當 E 垂直于軸線時 見圖 3,調整 M和 M的方位也可觀看到等傾、等厚干預條紋,其干預條紋的形成和特點與用鈉光照明情形一樣,此處不再贅述；試驗步驟1觀看擴展光源的等傾干預條紋并測波長點燃鈉光燈,使之與分光板 G等高并且位于沿分光板和 M鏡的中心線上,轉動粗調手輪,使 M鏡距分光板 G的中心與 M鏡距分光板 G的中心大致相等 拖板上的標志線在主尺 32 cm 位置；在光源與分光板 G之間插入針孔板,用眼睛透過 G直視 M 鏡,可看到 2 組針孔像；細心調劑 M鏡后面的 3 個調劑螺釘,使 2 組針孔像重合,假如難以重合,可略微調

8、劑一下 M 鏡后的 3 個螺釘；當 2 組針孔像完全重合時,就可去掉針孔板,換上毛玻璃,將看到有明暗相間的干預圓環,假設干預環模糊,可輕輕轉動粗調手輪,使M 鏡移動一下位置,干預環就會顯現；再仔細調劑 M鏡的 2 個拉簧螺絲,直到把干預環中心調到視場中心,并且使干預環中心隨觀看者的眼睛左右、上下移動而移動,但干預環不發生“ 涌出或“ 陷入現象,這時觀看到的干預條紋才是嚴格的等傾干預；測鈉光 D 雙線的平均波長；先調儀器零點,方法是：將微調手輪沿某一方向如順時針方向旋至零,同時留意觀看讀數窗刻度輪旋轉方向；保持刻度輪旋向不變,轉動粗調手輪,讓讀數窗口基準線對準某一刻度,使讀數窗中的刻度輪與微調手

9、輪的刻度輪相互協作；始終沿原調零方向,細心轉動微調手輪,觀看并記錄每“ 涌出或“ 陷入50 個干預環時,M鏡位置,連續記錄 6 次；依據式 5-8 ,用逐差法求出鈉光D 雙線的平均波長,并與標準值進展比擬；- word.zl- -2觀看等厚干預和白光干預條紋 在等傾干預根底上,移動 M 鏡,使干預環由細密變粗疏,直到整個視場條紋變成等軸雙曲 線形狀時,說明 M與 M 接近重合；細心調劑水平式垂直拉簧螺絲,使 M與 M 有一很小夾 角,視場中便顯現等厚干預條紋,觀看和記錄條紋的形狀、特點；用白熾燈照明毛玻璃鈉光燈不熄滅 ,細心緩慢地旋轉微動手輪,M與 M 到達“ 零程時,在 M與 M 的交線鄰近

10、就會顯現彩色條紋；此時可擋住鈉光,再微當心地旋轉微調手輪找 到中心條紋,記錄觀看到的條紋形狀和顏色分布；3測定鈉光 D 雙線的波長差 以鈉光為光源調出等傾干預條紋；移動 M鏡,使視場中心的視見度最小,記錄 M鏡的位置；沿原方向連續移動 M鏡,使視 場中心的視見度由最小到最大直至又為最小,再記錄 M 鏡位置,連續測出 6 個視見度最小時 M 鏡位置；用逐差法求d 的平均值,運算D 雙線的波長差；4點光源非定域干預現象觀看 方法步驟自擬；邁克爾遜干預儀系精細光學儀器,使用時應留意防塵、防震；不能觸摸光學元件光學外表；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、要緩,盡量使身體部位離開試驗臺面,以防震

11、動；試驗數據與結果波長1記錄的位置并用逐差法運算移動的距離、He-Ne 激光的“ 冒進的 位 置 讀 數d移動的距離 cm/ 或 “縮cm進的條紋數50 =31.17115 =0.08680 50 - =31.19113 =0.08271 0.006588 word.zl- -50 =31.20891 =0.08140 50 =31.22575 =0.08939 50 =31.24211 =0.08054 50 =31.25795 =0.08235 50 =31.27384 50 =31.29031 50 =31.30605 50 =31.32265 2講結果與公認值 632.8nm比擬,運算

12、相對誤差x100%=4.1% 試驗結果分析1在實際測量中,顯現了一下情形：隨測量次數的增多,圓心位置發生了變化,這種現象是與理論相悖的,緣由是由于M1 與 M2 未到達完全平行或調整儀器時未調整好,而且圓心偏移速度越快越說明 M1 與 M2平行度越差2在測量完第一組數據后,反向旋轉時會在旋轉相當多圈后才會顯現中心圓環的由吞吐變吐,這個轉變不是馬上就完成的,這是由于儀器右側的- word.zl- -旋鈕為微調旋鈕, 使用它對干預儀的性質轉變影響較小,故有吞變吐需要旋轉相當一段時間,此時應旋轉中部大旋鈕,再使用微調,但不要遺忘刻度盤調零；3兩組數據所測得的結果相差較大,這可能是由于測量過程的誤差或

13、操作失誤所引起的,應盡量防止；4試驗中仍觀看到許多現象,如M1 上顯現許多光斑,其中有亮有暗,同心圓的粗細和疏密變化等等；但由于理論學問的缺乏,我們尚無法給出 上述問題的完善說明,需要我們進一步的學習與探究；一進展分析爭辯；從數據表格可以看到,在誤差答應范疇內,測量波長與 理論波長一樣,驗證了這種測試方法的可行性；誤差分析 試驗中空程沒能完全排除；試驗對每一百條條紋的開場計數點和計數完畢點的判定存在 誤差；試驗中讀數時存在隨機誤差；試驗器材受環境中的振動等因素 的干擾產生偏差；3 試驗結果：經分析,當順時針轉動旋鈕時, “ 吐出圓環,此時測得一波長,當逆時 針轉動旋鈕時,“ 吞出圓環,此時亦測得一波長；將二者取平均值得測 得光的波長：P=0.95 一個邁克爾遜試驗,不但讓我領悟到邁克爾遜設計干預儀的神奇和聰慧,- word.zl- -也更讓我知道了做試驗要有耐心和恒心,哪怕試驗再麻煩,也必需堅持不懈,留意細節,這樣才能真正地把試驗做2.1、為什么白光干預不易觀看到？答：兩光束能產生干預現象除中意同頻、同向、相位差恒定三個條件外,其光程差仍必需小于其相干長度；而白光的相干長度只有微米量級,所以只能在零光程鄰近才能觀看到白光干預