評分：大學物理實驗設計性實驗實驗報告實驗題目：用邁克爾遜干涉儀測定金屬絲的楊氏模量班級：姓名：學號：指導教師：實驗提要實驗課題及任務《用邁克爾遜干涉儀測量金屬絲的楊氏模量》實驗課題任務是：利用邁克爾遜干涉儀能精密測量微小變量的特點，測量出鋼絲在拉力作用下的微小伸長量，用特制的測力計測量拉力大小。設計實驗方案，測定鋼絲的楊氏模量。學生根據自己所學的知識，并在圖書館或互聯網上查找資料，設計出《用邁克爾遜干涉儀測量金屬絲的楊氏模量》的整體方案，內容包括：寫出實驗原理和理論計算公式，研究測量方法，寫出實驗內容和步驟，然后根據自己設計的方案，進行實驗操作，記錄數據，做好數據處理，得出實驗結果，寫出完整的實驗報告，也可按書寫科學論文的格式書寫實驗報告。設計要求⑴通過查找資料，并到實驗室了解所用儀器的實物以及閱讀儀器使用說明書，了解儀器的使用方法，找出所要測量的物理量，并推導出計算公式，在此基礎上寫出該實驗的實驗原理。⑵根據實驗用的測量儀器，設計出實驗方法和實驗步驟，要具有可操作性。⑶用最小二乘法求出楊氏模量。⑷實驗結果用標準形式表達，即用不確定度來表征測量結果的可信賴程度。實驗儀器邁克爾遜干涉儀、測力計、激光器。學時分配教師指導(開放實驗室)和開題報告1學時；實驗驗收，在4學時內完成實驗；提交整體設計方案時間學生自選題后2~3周內完成實驗整體設計方案并提交。提交整體設計方案，要求用紙質版(電子版用電子郵件發送到指導教師的電子郵箱里)供教師修改。參考文獻⑴金正宇一個經典力學實驗測量方法的改進——霍爾傳感器測楊氏模量[J]實驗室研究與探索,2000⑵吳立峰、楊廣華基于ＰＳＤ位置傳感器的楊氏模量測量[J]五邑大學學報(自然科學版),2004⑶陳水波、樂雄軍測量楊氏模量的智能光電系統[J]物理實驗,2001⑷張幫利用邁克耳孫干涉原理測楊氏模量[J]大學物理實驗2007原始數據記錄：同組者：實驗臺號：金屬絲長度L=25.16cm激光波長λ=632.8nm條紋間隔N=20d12345平均值d/10-4m測量次數12345678F/N2指導教師（簽名）：用邁克爾遜干涉儀測量金屬絲的楊氏模量實驗目的：1.了解邁克耳孫干涉儀的原理、結構和使用方法。2.觀察定域干涉條紋，觀察等傾干涉現象，并增強對條紋可見度和時間相干性的認識和理解。3.加深對楊氏模量的了解認識。實驗儀器：邁克耳孫干涉儀；激光器；待測金屬絲為碳鋼絲；；鋼尺；千分尺；測力裝置；電源。實驗原理：邁克爾遜干涉儀結構示意圖邁克爾遜干涉儀的結構如圖所示。⑨和⑩分別為分束鏡和補償鏡，兩鏡為平行玻璃板，在分束鏡的一個表面鍍有半反射金屬膜。⑧、⑥為互相垂直的平面鏡,、與、均成450角。⑨和⑩分別為分束鏡Ａ和補償鏡Ｂ。邁克爾遜干涉儀結構示意圖一個機械臺面④固定在較重的鑄鐵底座②上，底座上有三個調節螺釘①，用來調節臺面的水平。在臺面上裝有螺距為1毫米的精密絲杠③，絲杠的一端與齒輪系統eq\o\ac(○,12)相連接，轉動手輪eq\o\ac(○,13)或微動鼓輪eq\o\ac(○,15)都可使絲杠轉動，從而使騎在絲杠上的反射鏡⑥沿導軌移動。鏡移動的位置及移動的距離可從裝在臺面④一側的毫米標尺、讀數窗eq\o\ac(○,11)及微動鼓輪eq\o\ac(○,15)上讀出。手輪eq\o\ac(○,13)分為100分格，它每轉過1分格，鏡就平移1/100毫米（由讀數窗讀出）。微動鼓輪eq\o\ac(○,15)分為100格，每轉一周手輪隨之轉過1分格。因此微動鼓輪轉過1格，鏡平移毫米，這樣，最小讀數可估計到毫米。于是，反射鏡在某種狀態下的坐標為式中、和分別為毫米標尺、手輪和微動鼓輪的讀數（其中輪和微動鼓輪的讀數為格數）。鏡⑧是固定在鏡臺上的。、兩鏡的后面各有三個螺釘⑦，可調節鏡面的傾斜度。鏡臺下面還有一個水平方向的拉簧螺絲eq\o\ac(○,14)和一個垂直方向的拉簧螺絲eq\o\ac(○,16)，其松緊使產生一極小的形變，從而可對鏡傾斜度作更精細的調節。邁克爾遜干涉儀是利用分振幅法產生雙光束以實現干涉。通過調整該干涉儀，可以產生等厚干涉條紋，也可以產生等傾干涉條紋。主要用于長度和折射率的測量，若觀察到干涉條紋移動一條，便是M2的動臂移動量為λ/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變λ/2。圖1在彈性限度內，金屬絲的楊氏模量可表示為 (1)其中L及S為金屬絲的原長及截面積；F為在伸長方向上的拉力；QUOTEL為金屬絲伸長量。由于QUOTE很小，用普通測量長度的儀器很難精確測量。如圖2所示:圖2轉動手輪，測力探頭隨著移動，同時，連接測力探頭的待測鋼絲就會受到力的作用，從力處理裝置可得到力F的大?。↙和S可通過鋼卷尺和千分尺測得），同時，在轉動手輪的時候，M2隨待測鋼絲形變一齊移動，此移動的距離很小，肉眼難以觀察，可通過光屏上干涉條紋的吞進（或冒出）數N求得，記錄N的數目，由公式EQ(2)將式(2)代入式(1),有(3)這里,S=QUOTE,d為金屬絲直徑；F為每次吞進（或冒出）條紋數N時力的大小，L為金屬絲是長度，N為每次吞進（或冒出）的條紋數，取其為一定值。代入(3)式,得(4)式(4)即為測量楊氏模量公式.轉動手輪，使其每次出現條紋數變化為同一值N，讀取并記錄數據此時測力裝置上的力F的大小。連續取8個數據（F1...F8）,并記錄在表格中，最小二乘法處理數據。計算測量結果，并寫出結果標準表達式。實驗步驟:（1）測出金屬絲的長L，在金屬絲的五個不同位置測出直徑d，記錄下來。（2）按圖連接好實驗裝置，接通電源。（3）調節好邁克爾遜干涉儀,使在屏上出現清晰的等傾干涉條紋。（4）調節手輪，使力處理裝置在一個初始讀數F,并記錄此數據F的大小。（5）繼續轉動手輪，使光屏上每次出現相同的條紋N，讀取并記下力大小F，連續取8個數據（F1...F8），再通過公式求E。（6）用最小二乘法求出楊氏模量,并用不確定度形式表示結果。注意事項：邁克爾遜干涉儀在讀數與測量時要注意以下兩點：1．在讀數前先調整零點，方法如下：將微動鼓輪eq\o\ac(○,15)沿某一方向（例如順利針方向）旋轉至零，然后以同方向轉動手輪eq\o\ac(○,13)使之對齊某一刻度，這一步稱之為“校零”。此后，測量時只能仍以同方向轉動微動鼓輪使Ｃ鏡移動（測量不允許直接轉動手輪），這樣才能使手輪與微動鼓輪二者讀數相互配合。2．調整零點時，要注意轉動微動鼓輪時，在讀數窗口中可看到手輪度盤的變化，否則應使兩者的齒輪系統齒合。測量時，為了使結果更準確，必須避免引入空程，也就是說，在調整好零點后，應使微動鼓輪按原方向轉幾圈（要回到零刻度絲上），直到干涉條紋開始移動以后，才可開始讀數測量。3.儀器的傳動機構是相當精密的，使用時動作要輕緩小心。4.轉動手輪時，應該注意不能轉動過大角度，否則很容易使鋼絲遭到破壞。思考題：1．在F增加時，等傾干涉同心圓條紋是“冒