大学物理实验2

1、实验5 组装迈克尔逊干涉仪测量空气折射率（304）一、实验目的1. 学习一种测量空气折射率的方法。2. 进一步了解光的干涉现象及其形成条件。3. 学习调整光路的方法。二、实验仪器1、激光器； 2、二维调整架（SZ-07）； 3、扩束镜（f=15mm）； 4、升降调整座（SZ-03）； 5、三维平移底座（SZ-01）； 6、分束镜（50%）； 7、通用底座（SZ-04）； 8、白屏（SZ-13）； 9、二维调整架（SZ-07）； 10、空气室； 11、光源二维调节架； 12、二维平移底座（SZ-02）； 13、二维调整架（SZ-07）； 14、平面反射镜（SZ-18）； 15、二维平移底座（SZ

2、-02）； 16、二维平移底座（SZ-02） ；17、平面反射镜 ；18、二维调整架（SZ-07）； 19、升降调整座（SZ-03）； 20、精密电子气压计图3.1-1 自组迈克耳孙干涉仪测量空气折射率的实物示意图三、实验原理迈克尔逊干涉仪光路示意图如图（3.1-2）所示。其中，BS为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜BS均成450角；M1可以移动，M2固定。表示M2对BS金属膜的虚像。从光源S发出的一束光，在分束镜BS的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。光束1从B

3、S反射出后投向M1镜，反射回来再穿过BS；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过BS膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。O 图3.1-2 迈克尔逊干涉仪光路示意图激光SBS12由图（3.1-2）可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差为 （3.1-1）式中，和分别是路程、上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为，当 （3.1-2）时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（3.1-1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当支路上介质折射率改变时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为。由（3

4、.1-1）式和（3.1-2）式可知 （3.1-3）例如：取和，若条纹变化，则可以测得。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数，就能测出光路中折射率的微小变化。正常状态（）下，空气对在真空中波长为的光的折射率，它与真空折射率之差为。用一般方法不易测出这个折射率差，而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。四、实验内容及步骤（1）实验装置实验装置如图3.1-3所示。用He-Ne激光作光源（He-Ne激光的真空波长为），并附加小孔光栏H及扩束镜T。扩束镜T可以使激光束扩束。小孔光栏H是为调节光束使之垂直入射在M1，M2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，其长度为。气压表

5、用来测量气室内气压。在O处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。O图3.1-3 测量空气折射率实验装置示意图激光器G气压表HTL气室打气球（2）测量方法调好光路后，先将气室抽成真空（气室内压强接近于零，折射率），然后再向气室内缓慢充气，此时，在接收屏上看到条纹移动。当气室内压强由0变到大气压强时，折射率由1变到。若屏上某一点（通常观察屏的中心）条纹变化数为，则由式（3.1-3）可知 （3.1-4）但实际测量时，气室内压强难以抽到真空，因此利用（3.1-4）式对数据作近似处理所得结果的误差较大。应采用下面的方法才比较合理。理论证明，在温度和湿度一定的条件下，当气压不太大时，气体折射率的变化量

6、与气压的变化量成正比：所以 （3.1-5）将（3.1-3）式代入该式，可得 （3.1-6）式（3.1-6）给出了气压为时的空气折射率。可见，只要测出气室内压强由变化到时的条纹变化数，即可由式（3.1-6）计算压强为时的空气折射率，气室内压强不必从0开始。例如，取=760mmHg，改变气压的大小，测定条纹变化数目，用（3.1-6）式就可以求出一个大气压下的空气折射率的值。（3）实验步骤1. 按实验装置示意图把仪器放好。打开激光光源。2. 调节光路光路调节的要求是：M1，M2两镜相互垂直；经过扩束和准直后的光束应垂直入射到M1，M2的中心部分。（1）粗调H和T先不放入光路，调节激光管支架，目测使光

7、束基本水平并且入射在M1，M2反射镜中心部分。若不能同时入射到M1，M2的中心，可稍微改变光束方向或光源位置。注意操作要小心，动作要轻慢，防止损坏仪器。（2）细调放入H，使激光束正好通过小孔H。然后，在光源和干涉仪之间沿光束移动小孔H。若移动后光束不再通过小孔而位于小孔上方或下方，说明光束未达到水平入射，应该缓慢调整激光管的仰俯倾角，最后使得移动小孔时光束总是正好通过小孔为止。此时，在小孔屏上可以看到由M1，M2反射回来的两列小光斑。用小纸片挡住M2镜，H屏上留下由M1镜反射回来的一列光斑，稍稍调节光束的方位，使该列光斑中最亮的一个正好进入小孔H（其余较暗的光斑与调节无关，可不管它）。此时，光

8、束已垂直入射到M1镜上了。调节时应注意尽量使光束垂直入射在M1镜的中心部分。用小纸片挡住M1镜，看到由M2镜反射回来的光斑，调节M2镜后面的三个调节螺钉，使最亮的一个光斑正好进入小孔H。此时，光束已垂直入射到M2镜的中心部分了。记住此时光点在M2镜上的位置。放入扩束镜，并调节扩束镜的方位，使经过扩束后的光斑中心仍处于原来它在M2镜上的位置。调节至此，通常即可在接收屏O上看到非定域干涉圆条纹。若仍未见条纹，则应按、步骤重新调节。条纹出现后，进一步调节垂直和水平拉簧螺丝，使条纹变粗、变疏，以便于测量。3. 测量测量时，利用打气球向气室内打气，读出气压表指示值，然后再缓慢放气，相应地看到有条纹“吐出

9、”或“吞进”（即前面所说条纹变化）。当“吐出”或“吞进”=30个条纹时，记录气压表读数值。然后重复前面的步骤，共取6组数据，求出移过=30个条纹所对应的气室内压强的变化值的6次平均值。4. 计算空气的折射率气压为时的空气的折射率为我们要求测量为1个大气压强时空气的折射率。五、注意事项1. 点燃激光管需要几千伏直流高压，调节时不要碰到激光管上的电极，以免触电。强光还会灼伤眼睛，注意不要让激光直接射入眼睛。2. 严禁触摸光学仪器表面。3. 防止小气室及气压表摔坏；打气时不要超过气压表量程。4. 实验中必须保持安静，尽量避免身体触碰光学平台以及在实验台附近走动。5. 如何利用对气室抽空后充气的方法测

10、量空气的折射率？六、数据记录及处理室温15 ；大气压760mmHg；200mm；nm；30。123456(mmHg)280280280280280280( mmHg)( mmHg )平均值 (mmHg)空气折射率七、思考题1、本实验能否用白炽灯作光源？2、在什么条件下产生等倾干涉条纹？在什么条件下产生等厚干涉条纹？3、试简述如何使干涉条纹的宽度变大？实验6 用光杠杆测量金属的弹性模量（311）一、实验目的 1学习用光杠杆测量微小长度变化的原理，掌握放大法. 2理解视差，掌握消除视差的调整方法.3学会用逐差法处理数据，掌握对测量结果的标准不确定度进行评定.二、实验仪器杨氏模量测定仪、钢丝、砝码、

11、游标卡尺、卷尺三、实验原理设金属丝的长度为L，横截面积为S，沿长度方向受到作用力F时，金属丝发生弹性形变，伸长(或缩短)L.比值FS是单位横截面上的作用力，称为正应力；比值L/L是相对伸长，称为线应变.胡克定律告诉我们：在物体的弹性限度内正应力与线应变成正比 (9-1)比例系数E称为弹性模量(曾称杨氏模量)，单位名称为帕斯卡，单位符号为Pa.实验证明，弹性模量与温度有关，与物体本身材料的化学成分、结构、加工制造方法有关，而与外力、物体的形状及大小无关，是表征固体性质的一个重要物理量.固体中纵波的波速、固体材料的很多力学性质都与弹性模量有关，据此可以提供测弹性模量的不同方法.本实验就是从(9-1

12、)式出发来测量弹性模量。装置介绍(9-1)式中F、S、L的测量很容易解决，而L很小，用一般工具不易测准，因此可采用光杠杆法。其装置如图9-1(a)所示，其细部见图9-1(b):待测金属丝的上端固定在支架的顶部，下端固定在“口”形框的上端，“口”形框下端的丝口接砝码托，在托上放置砝码.可上下移动的平台固定在支架的中部，平台上有一个矩形孔，“口”形框穿过此孔并可以在孔中上下自由移动.平面镜安装在有三只尖脚的镜座上，前两只尖脚放在平台上，第三只主杆尖脚卡在“口”形框内侧底面中央的接砝码托丝口的凹处，可以随着金属丝的伸长而上下移动.将水准仪放在平台上，调节支架底部的三个螺钉使平台水平.将平面镜的镜面转

13、到与水平面垂直，望远镜正对平面镜，调节目镜与叉丝距离调节手轮和调焦手轮，从望远镜中可以看到由平面镜反射过来的标尺的像.平面镜与镜座构成了光杠杆(见图9-1（b）).光杠杆测微小伸长量的原理见图9-3.当金属丝伸长L时，光杠杆的长为b的主杆尖脚也随之下落L,带动平面镜M转过角而至M，镜面的法线也转过角至.根据反射定律，从标尺的n2处发出的光线将反射到n0，从望远镜中看到的是经平面镜反射过来的标尺上n2处的刻线.由图9-2可以看出图9-1 用光杠杆测量弹性模量装置图 因为是在望远镜中观察到的标尺上刻线的变化，即，设，由于角很小，因此 消去得 (9-2)从图9-2可以看出，o相当于杠杆的支点，b+D

14、相当于杠杆本身，只是D由光线所代替，所以称为光杠杆。L原来是难测的微小长度，当取D远大于b时，经光杠杆转换后的量n却是较大的量，可以从标尺上直接读得.这种放大法是物理实验的基本测量方法之一。将(9-2)式代入(9-1)式，由于金属丝的截面积，d为金属丝直径，得 (9-3)望远镜的光路和结构参见图9-3。焦距较长的物镜固定在外筒上，焦距较短的目镜套在内筒的右端，内筒的左端固定着十字叉丝，叉丝与物镜之间的距离可旋转手轮来调节，叉丝与目镜之间的距离可旋转手轮来调节.用望远镜观察远处的物体时，视角为，光线经过物镜后，将在物镜的后焦平面附近生成一个倒立缩小的实像AB，此像应与叉丝共面.此实像虽较原物体小

15、，但比原物体离眼睛近，放大的视角为.目镜的作用是将此实像和叉丝放大，观察者就可看到原物体和叉丝的虚像.使用望远镜时，应先调节目镜与叉丝距离调节手轮，使观察到的十字叉丝最清晰.再调节叉丝与物镜距离调节手轮，使观察到的物体的像清晰.如果物镜所成的像AB与叉丝共面，当上下或左右移动眼睛时，叉丝与物体之间就不会有相对移动；如果像AB不与叉丝共面，当上下或左右移动眼睛时，叉丝与物体之间就发生了相对移动，而测不准物体的位置.当指示器(如仪器指针或像AB)与标尺(如仪器标度盘或叉丝)表面不在同一平面时，观测者偏离正确观察方向进行读数或瞄准时所引起的误差称为视差.望远镜、显微镜等光学仪器使用前，都应反复仔细地

16、调节物镜与叉丝及目镜与叉丝之间的距离，使像AB与叉丝(或分划板)共面，消除视差.四、实验内容1. 调节图9-1装置中的底脚螺钉，使平台水平(可用水准仪检查).砝码托质量，它与“口”形框可把金属丝拉直.调节平面镜与标尺之间的距离为152m，而且镜面和尺都与水平面垂直.望远镜的镜筒水平放置，并正对平面镜.2. 旋转叉丝与目镜距离调节手轮，使观察到的叉丝最清晰.从望远镜外侧沿镜筒轴线方向目测，看从平面镜反射来的标尺的像，如目测不到，就应左右移动望远镜和标尺的位置或检查平面镜与标尺是否都与水平面垂直，仔细、轻微转动平面镜，直到目测到为止.调节叉丝与物镜距离调节手轮，以便在目镜中清楚地读出标尺上的标度(

17、即调焦).上下或左右移动眼睛的同时，仔细调节这两个手轮，使标尺刻线与叉丝之间没有相对移动，以基本消除视差.记下叉丝横线所对准的标尺刻度.3. 轻轻地按顺序依次在砝码托上增加质量都为的砝码，从望远镜中观察标尺的像，并逐次记下相应的标尺刻度n1、 n2、 n3、 n4、 n5、 n6、 n7.然后轻轻地将砝码依次取下，记录相应的标尺读数.放砝码时，砝码的缺口应交错放置，防止砝码倾倒.将以上结果填人表9-1中.4. 用千分尺测金属丝的直径d，将数据填入表9-2.5. 用钢卷尺测出金属丝的长度L和平面镜到标尺的距离D.将光杠杆放在纸上压出三只尖脚的痕迹，用钢卷尺量出主杆尖脚迹点至其余两尖脚迹点连线间的

18、垂线长度b(参见图9-1（b）).L、D、b这三个量只测一次，由仪器误差决定测量的B类标准不确定度.6. 取同一负荷下标尺读数的平均差值，用逐差法算出平均值，这是增重时的平均差值完成表9-1和表9-2的各项计算。7. 将以上数据代入(9-3)式，计算金属丝的弹性模量E的最佳测得值。五、注意事项1. 调好装置记下后，实验过程中不能再动光杠杆、望远镜和标尺所构成的光路系统，否则应重新测量.2. 加减砝码时应轻拿轻放，减小光杠杆的振动，同时加砝码时应将砝码缺口交错放置，防止砝码从砝码托上掉下。六、数据处理七、误差分析 八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）表 9-1 用逐差法处理数

19、据 单位：cm次数所加砝码质量（g）增重时的读数减重时的读数两次读数的平均值加4m0砝码时标尺读数的变化与的偏差0m0=12m023m034m045m056m067m078m0平均值表9-2 千分尺零点d0= mm次数123456平均（mm）初读值di(mm)测量值di=di-d0(mm)残差(mm)实验7拉膜法测定液体表面张力系数（309）一引言很多现象表明，液体表面具有收缩到尽可能小的趋势。从微观角度看，液体表面是具有厚度为分子吸引力有效半径(约)的薄层，称之为表面层。处于表面层内的分子较之液体内部的分子缺少了一部分能和它起吸引作用的分子，因而出现了一个指向液体内部的吸引力。使得这类分子有

20、向液体内部收缩的趋势。从能量观点看，任何内部分子欲进入表面层都要克服这个吸引力而作功。可见，表面层有比液体内部更大的势能，即所谓表面能，表面积越大、表面能也越大。如所周知，任何体系总以势能最小的状态最为稳定。所以，液体要处于稳定，液面就必须缩小，以使其表面能尽可能减小，宏观上就表现为液体表面层的张力，称为表面张力。液体因表面张力而收缩的事实，说明表面张力是与液体表面相切的，也就是沿液体表面而作用的，其方向不论在平面或曲面里，都与液面的边界垂直。如果在液体表面想像地画一根直线，则表面张力的作用就表现为线段两边的液面以一定的拉力相互作用，而且力的方向与线段相垂直，其大小与该线段之长度成正比。即：

21、(24.1)其中，比例系数称为液体的表面张力系数，它表示单位长度的线段两侧液面的相互拉力。其单位为：。当液体表面与其蒸汽或空气相接触时，表面张力仅与液体本身的性质及其温度有关。各种液体，其的数值可以很不相同：密度小、容易蒸发的液体，其较小；而熔融金属的则很大。在一般情况下，同种液体温度愈高，愈小。另外，的大小还与其相邻物质的化学性质有关，与液体本身的纯度也有很大关系，某些杂质能使增大，而表面活性物质则能使表面张力系数减小。液体与固体相接触时的情况，不仅取决于液体自身的内聚力，而且取决于液体分子与其接触的固体分子之间的吸引力（称为附着力）。当内聚力大于附着力时，液面与自由液面相似，有收缩的取向。

22、这时，接触角（与固体接触处液体表面的切线和固体表面指向液体内部的切线间的夹角），则称液体不润湿该固体；反之，当附着力大于内聚力时，液体就润湿该固体。本实验就是利用液体与固体润湿的现象，用拉膜法测定水的表面张力系数。二实验目的 了解焦利氏秤的结构、原理并学会正确使用。 用拉膜法测定液体的表面张力系数。 用最小二乘原理拟合直线。三、实验仪器焦利氏秤；砝码；玻璃皿；“”形金属丝；游标卡尺；待测样品：自来水；酒精灯(共用)。焦利氏秤实际上是一个特殊结构的弹簧秤，是用来测量铅直方向微小力的仪器之一。其结构如图24-2所示。带有标尺（主尺）的铜管装入顶部带有游标（副尺）的套筒内，二者一起配合读数组成一“游

23、标尺”，且可以通过调节安装在套筒下部的调节旋钮使铜管上下移动。刻有准线“”的玻璃指示管通过套夹固定于套筒中部。套筒下部还由套夹固定着一个可放置玻璃皿(或其他容器)的小载物平台，载物台的升降可由其下部的螺旋调节。使用时，将仪器专用弹簧用顶丝紧固在铜管之顶部伸出的支撑臂上，弹簧下端挂一刻有准线“”的指示镜，并将其套于指示管内。然后，将砝码盘挂在指示镜下端。调节焦利氏秤底部两个地脚螺丝，使套筒处于铅直位置（此时指示镜应自由悬于指示管中央）。调节旋钮，使准线与及其在指示镜中的像三线重合，并将此位置定为弹簧的平衡位置。当在砝码盘施以力时，由于弹簧伸长，指示镜之准线下移。只要再度调节，使重新上升至三线重合

24、，即可通过此时游标尺上的读数求出弹簧的伸长量。若为已知，则弹簧的倔强系数：(24.6)可见，焦利氏秤是一个下端“固定”，靠弹簧“向上”伸长来测定微小力的弹簧秤。四实验原理将一表面洁净、宽度、丝直径为的“”形细金属丝竖直地浸于水中，然后将其徐徐拉出。由于水能润湿该金属丝，所以，水膜将布满“”形丝四周，且在其边框内被带起。考虑到拉起的水膜系具有几个分子层厚度的双面膜，其与水分界面接触部分的周长约为，因此，式(24.1)变为： (24.2)若将“”形丝通过其的正中点悬挂于可测微小力的弹簧秤之上(如图24-1（a）所示)，则可由拉膜过程中弹簧的伸长量求出。根据虎克定律：在弹性限度内，弹簧恢复力与弹簧的

25、绝对伸长量成正比，且方向相反，即： (24.3)其中，表弹簧的倔强系数，单位为。实际上，拉膜过程中，“”形丝框除了受到及的作用外，如图24-1（b）所示，还有如下诸力的作用：（）水膜自身的重力很小可忽略；（）金属丝仍处于水中的那部分体积所受到的浮力，因金属丝框很细，即很小，故也可以忽略不计；（）金属丝框受到大气压力的合力为零；及（）“”形丝本身的重力。若将“”形金属丝框挂上之后，且使其边与水面平齐之时规定弹簧的平衡位置，则“”形丝的重力对弹簧从该平衡位置算起的伸长量也将没有贡献。在上述假定下，弹簧的伸长就只取决于表面张力在垂直方向的分量。设接触角为，则该分量为：。显然，在弹簧伸长至且使液膜刚刚

26、破裂的瞬间，该分力应与弹簧的弹性恢复力相平衡，即： (24.4)考虑到水与“”形金属丝接触角很小，；而且实际上；所以，式(24.4)可简化为： (24.5)其中，表示拉膜过程中弹簧的伸长量。可见，只要测得及，即可由(24.5)式求出水的表面张力系数。五实验步骤 1安装、调整并熟悉仪器。然后测仪器专用弹簧的倔强系数。 2将以酒精灯灼烧过的洁净的“”形丝轻轻挂在砝码盘下端，前后缓缓拉膜4次，测出在水的表面张力作用下弹簧的伸长量。 3用游标卡尺测“”形丝宽度。然后，求出室温时水的表面张力系数。六注意事项 1调节焦利氏秤时一定要保证指示镜在整个测量过程中自由悬于指示管中央。 2焦利氏秤专用弹簧不要随意

27、拉动，或挂较重物体，以防损坏。 3测量“”形丝宽度时，应放在纸上，注意防止其变形。 4灼烧“”形丝时不宜使其温度过高，微红（约）即可，以防变形。灼烧之后不应再用手触摸，因“”形丝很小，故应防止遗失。 5拉膜时动作要轻，尽力避免弹簧的上、下振动。为使数据测量准确，拉膜过程中动作要协调：在调节旋钮使弹簧均匀向上伸长时，需同时反时针旋转螺旋，使载物台均匀下移，以始终保持、及其在指示镜中的像的三线重合。七数据处理八误差分析 实验8 迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光波长（306）一、实验目的：1、了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理和调节使用方法；2、了解光的干涉现象；观察、认识、区别等倾干涉3、掌握用迈克尔

28、逊干涉仪测HeNe激光的波长的方法。二、实验仪器迈克耳逊干涉仪；HeNe激光器三、实验原理图3点光源非定域干涉2 M2 如图2示，从光源S发出的光束射向分光板G1，被G1底面的半透半反膜分成振幅大致相等的反射光1和透射光2，光束被动镜M2再次反射回并穿过G1到达E；光束2穿过补偿片G2后被定镜M1反射回，二次穿过G2到达G1 并被底层膜反射到达E；最后两束光是频率相同、振动方向相同，光程差恒定即位相差恒定的相干光，它们在相遇空间E产生干涉条纹。 由M反射回来的光波在分光板G的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M在M附近形成M的虚像M，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M和M的反射相当于自M和M的反

29、射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜（M和M之间所夹）所产生的干涉是等效的。 当M和M平行时(此时M和M严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下，M和M形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的等厚干涉条纹。1、 单色光的等倾干涉激光器发出的光波长为，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G、M、M的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S、S所产生的干涉。因S、S发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，均可看到干涉条纹，故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图2)，调整M和M的方位使相互严格垂直，则可观察到等倾干涉圆条纹。迈克尔逊干涉仪所产

30、生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M和M反射的两列相干光波的光程差为2dcos （1）其中为反射光在平面镜M上的入射角。由干涉明纹条件有2dcosk（2）(考虑到较小，)（1） d、一定时，若 = 0，光程差 = 2d最大，即圆心所对应的干涉级次最高，从圆心向外的干涉级次依次降低；（2） k、一定时，若d增大，随之增大，可观察到干涉环纹从中心向外“涌出”， 干涉环纹逐渐变细，环纹半经逐渐变小；当d增大至光源相干长度一半时，干涉环纹越来越细，图样越来越小，直至消失。反之，当 d减小时，可观察到干涉环纹向中心“缩入”。 当 d逐渐减小至零时，干涉环纹逐渐变粗，干涉环纹直经逐

31、渐变大，至光屏上观察到明暗相同的视场。附图1d变化时，等倾干涉条纹的变化特征（3） 对 = 0的明条纹，有：=2d = k可见每“涌出”或“缩入” 一个圆环，相当于S1S2的光程差改变了一个波长=。当d 变化了d时，相应地“涌出”（或“缩入”）的环数为k，从迈克尔逊干涉仪的读数系统上测出动镜移动的距离d，及干涉环中相应的“涌出”或“缩入”环数k，就可以求出光的波长为：2dk（3）或已知激光波长，由上式可测微小长度变化为： dk2.（4）*附图1：迈克尔逊干涉仪产生的等倾干涉条纹随和的相应位置变化的特征四、实验内容与步骤（一）仪器介绍1、迈氏干涉仪：（如右图示实物图）M1、M2为两垂直放置的平面

32、反射镜，分别固定在两个垂直的臂上。两相同的玻璃片G1、G2平行放置，与M2固定在同一臂上，且与M1和M2的夹角均为45度。M1由精密螺杆控制，可以沿臂轴前后移动。G1的第二面上涂有半透半反射膜，能够将入射光分成振幅几乎相等的反射光和透射光，所以G 1称为分光板（又称为分光镜）。光经M1反射后由原路返回再次穿过分光板G 1后到达观察点E处；光到达M2后被M2反射后按原路返回，在G 1的第二面上被反射到观察点处。由于光在到达E 处之前穿过G1三次，而光在到达E处之前穿过G1一次，为了补偿、两光的光程差，便在M2所在的臂上再放一个与G1的厚度、折射率严格相同的G2平面玻璃板，满足了 、两光在到达E

33、处时无光程差，所以称G2为补偿板。由于、光均来自同一光源S ，在到达G1后被分成、两光，所以两光是相干光，相遇时就产生干涉现象。2、HeNe激光器（扫描图5.13-8）（二）测HeNe激光的波长目测粗调使凸透镜中心，激光管中心轴线，分光镜中心大致垂直定镜M2，并打开激光光源。（暂时拿走凸透镜）调激光光束垂直定镜。（标准：定镜反射回的光束，返回激光发射孔。）调M1与M2垂直。（标准：观测屏中两平面镜反射回的亮点完全重合。）在光路中加进凸透镜并调整之，使屏上出现干涉环。调零。因转动微调鼓轮时，粗调鼓轮随之转动；而转动粗调鼓轮时，微调鼓轮则不动，所以测读数据前，要调整零点。方法：将微调鼓轮顺时针（或

34、逆时针）转至零点，然后以同样的方向转动粗调鼓轮，对齐任一刻度线。再将微调鼓轮同方向旋转一周再至零点。测量。测干涉环纹从环心“吐出”或“吞进”环数k（每50环）和对应的动镜移动的距离di。数据记录，并上交任课教师审批签字。2、 观察和测量钠光的干涉条纹及钠双线的波长差（选做）以钠光为光源调出等倾干涉条纹。在激光点光源等倾干涉的基础上，以钠光灯取代激光，钠光照射到毛玻璃片上（毛玻璃片上画有一条标记线），形成均匀的扩展光源，加强干涉条纹的亮度。并使之与分光片G等高并且位于沿分光片和M镜的中心线上，用眼睛透过G直视M镜，细心微调M镜后面的 3 个调节螺钉，使钠光灯毛玻璃片上的直线所成的两个像完全重合。

35、如果难以重合，可略微调节一下M镜后的3个螺钉。当两个像完全重合时，可轻轻转动粗调手轮，使M镜移动，将看到有明暗相间的干涉圆环。若干涉环模糊，可沿同方向继续缓慢转动粗调手轮，干涉环就会出现。再仔细调节M镜的2个拉簧螺丝，直到把干涉环中心调到视场中央，并且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动，但干涉环不发生“涌出”或“缩入”现象，这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾干涉。测钠光D双线的平均波长（选做）：（1）先调仪器零点，方法如上（略）。（2）移动M镜，使视场中心的视见度最小，记录M镜的位置；沿原方向继续移动M镜，使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小，再记录M镜位置，连续测出5个视见

36、度最小时M镜位置。（3）用逐差法求d的平均值，计算D双线的波长差：（4）与标准值进行比较。3、观察白光的等厚干涉条纹 将钠光灯换成日光灯，在等倾干涉基础上，移动M镜，使干涉环由细密变粗疏，直到整个视场条纹变成等轴双曲线形状时，说明M与M接近重合。当M与M达到“零程”时，在M与M的交线附近就会出现彩色条纹。再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹，其两侧对称分布着红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的彩色条纹。记录观察到的条纹形状和颜色分布。细心调节水平及垂直拉簧螺丝，使M与M有一很小夹角（形成楔形空气膜层），视场中便出现等厚干涉的直条纹，观察和记录条纹的形状、特点。附图2：迈克尔逊干涉仪产生的等厚干涉条纹及M

37、1和M2的相应位置五、注意事项1、迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器，使用时应注意防尘、防震；不要对着仪器说话、咳嗽等；测量时动作要轻、缓，尽量使身体部位离开实验台面，以防震动；不能触摸光学元件光学表面。2、激光管两端的高压引线头是裸露的，且激光电源空载输出电压高达数千伏，要警惕误触。3、 测量过程中要防止回程误差。测量时，微调鼓轮只能沿一个方向转动（必须和大手轮转动方向一致），否则全部测量数据无效，应重新测量。4、 激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭受永久性损伤。5、实验完成后，不可调动仪器，要等老师检查完数据并认可后才能关机。关机时，应先将高压输出电流调整为最小，再关电源。六、数据处理

38、七、误差分析八、附原始数据记录表格（注：作实验时记录在原始数据上用）1、数据记录表格（=6. 32810-7m）干涉环变化数K1050100150200位置读数d1 (mm)干涉环变化数K2位置读数d2 (mm)环数差K= K2K1di=d2d1(mm) 实验九 示波器的调整和使用(301)一、实验目的1. 了解示波器的基本工作原理,2. 掌握示波器和信号发生器的使用3. 学习用李萨如图形测量频率的方法二、实验仪器示波器、信号发生器、导线若干三、实验原理示波器是一种常用的电子仪器.用它可以直接观察各种电压的波形,还可以测量频率、相位等,如果利用换能器还可以将各种非电学量转换成电压进行测量.因此示波器是一种用途广泛的重要测量仪器.为了适应各种用途,示波器有多种型号,但各类示波器的基本原理是相同的.（一）示波器的基本结构示波器主要由示波管、衰减系统、放大系统