答辩-大学普物实验-迈克尔逊干涉仪-梅希彤ppt

1、 【报告人】 梅希彤 【所属班级】严济慈物理学英才班 【报告时间】2016年12月3日1 华中科技大学物理实验答辩2目 录1实验原理与实验器材2实验方法与实验步骤3实验结果与误差分析4实验结论与延伸讨论5实验小结与参考文献3实验原理与实验器材1.1迈克尔逊干涉仪的结构M1、M2是一对平面反射镜， G1为分光板， G2为补偿片。光照到M1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光1射到M1 ，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射到达E；反射光2射到M2 ，经M2反射后，透过G1射向E。由于光线2前后共通过G1三次，而光线1只通过G1一次，则可加一补偿片G2 ，两束光在玻璃中光程便相等了

2、，则计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差。对于单色性很好的光源，补偿片不是必需的，通过调节M1、M2的距离也可以达到等光程的目的，而对于单色性差的光源（比如白光）就必须加补偿片。 4实验原理与实验器材1.2等倾干涉（非定域干涉）与等厚干涉调节G1 和G2 ，使得M1和M2 严格平行，此时发生等倾干涉。为非定域干涉。当两镜垂直时，形成严格的非定域干涉。显示屏一般显示同心圆。但显示屏不垂直是得为其他圆锥曲线。（见讨论）调节两镜距离可得干涉条纹如上变化。5实验原理与实验器材1.2等倾干涉（非定域干涉）与等厚干涉当M1和M2 不平行时，两者之间存在一定夹角。则形成等厚干涉，只在近场条

3、件下近似。当两镜不垂直时，显示屏可能显示椭圆、双曲线等。（见讨论）调节两镜距离可得干涉条纹如上变化。6实验原理与实验器材1.3对波长的测量及间接测量空气折射率的应用取等倾干涉条纹的清晰位置，记下测微螺旋读数 ，沿此前方向转动测微螺旋，同时默数冒出或消失的条纹，每50环记一次读数，直测到第250 环为止，用逐差法计算出d。由下式计算激光的波长，并与理论值632.8nm比较： 注意：测微螺旋每转动0.01mm，动镜随之移动0.001mm。即d应为测微螺旋移动距离乘以0.1。（杠杆）7实验原理与实验器材1.3对波长的测量及间接测量空气折射率的应用测量时， 利用打气球向气室内打气， 读出气压表指示值P

4、1 ，然后再缓慢放气， 相应地看到有条纹缩进或冒出。当缩进或冒出m=30个条纹肘， 记录气压表读数值P2。然后重复前面的步骤， 共取6 组数据。 求出对应的气室内压强变化值的平均值 。 实验中使用的为表压式气压计，即测量的是与大气压之差。大气压可取 1.0133105 Pa。实验用的气室长度为10.0cm。8实验原理与实验器材2.1实验器材与场地本实验是在光学面包板上完成的，主要部件包括分光板、两个反射镜M1、M2，其中M1为动镜，装在一个位移台上，转动测微螺旋，通过杠杆的作用，动镜随之移动，测微螺旋每前进0.01mm，动镜移动0.001mm，两个聚焦透镜，一个用作扩束镜，一个用于放大激光的干

5、涉条纹以便于观察。光源包括氦氖激光器与钠光灯两种。激光形成的干涉条纹可以通过接收屏观测，而钠光灯形成的干涉条纹可以直接观察或借助于测微目镜观察另有气室及气压计用来测定空气折射率。9实验方法与实验步骤2.2光具组水平与垂直的粗调方法可供调节的有镜片上的两个螺丝，以及底端的固定螺丝。1.首先应当保证激光出射水平，这点可以利用自准直法。同一镜的两个镜面分别利用其反射像，先调到一条铅锤线上，在不断旋转，分别用两个面，同时依次调节光源角度与镜面角度，每次逼近半程，最后即可达到两处均铅直。2.其他镜面同轴也可以利用自准直法进行调节，即利用在镜面反射回光源方向的像，调节使其成在光源附近保证出射光与镜面垂直，

6、各镜面相互平行。3.各镜面应做到等高，以使像能成在中心而免于遮挡。4.利用刻度尺与面包板等，使两光臂大致等长，便于调节。5.可以利用光源的多次成像与光源位置对照来尽量使两镜垂直，分光板成45度。10实验方法与实验步骤2.3确认调整完毕与可以开始的标志当光屏中央出现如图清晰等倾干涉条纹且条纹中心大致在中间，左右移动光屏而条纹不变时，可以认为调试基本完成，可以开始实验。可以用螺丝固定防震。11实验方法与实验步骤2.4注意事项（安全、读数、气泵）注意事项1.不能将激光对准人，在校准光路与观测等时尤其应当注意不直视像，注意保护眼睛。 2.不要对着仪器说话，影响测量。 测量时动作要轻、要缓，尽量使身体部

7、位离开实验台面，以防震动。3.计数过程专心细致，选取合适的相计数，防止计数误差。4.为了防止引进螺距差，每项测量时必须沿同一方向转动手轮，途中不能倒退。5. 测量前必须严格消除空程误差。通常应使手轮顺时针前进至条纹出现吞吐后再继续右旋微动轮20圈以上。6.使用气泵时注意充气时间不宜过短或过长，尤其应当警惕气体提前冲完的情况12实验方法与实验步骤2.5钠灯调节的特点1.在调节钠灯光路时，由于钠灯非点光源不便调节，应当充分利用已经调水平、垂直的光具，一般不做调整，而直接将激光光源置换为钠黄光灯。2.由于钠黄光的单色性较氦氖激光器远差，在形成干涉时并非所有组分严格在同一处成像，因而对光程、等臂要求较

8、为严格，若有可能应使用补偿片。调节时要格外小心。3.钠黄灯干涉条纹较为“定域”，能观察到的范围较小，不同于之前的实验；因而要注意保持光具稳定不晃动，读数时应保持人眼观测位置角度不变。13实验方法与实验步骤2.6实验步骤1.使用氦氖激光器作为光源。将分光板、固定镜、动镜以及接收屏安装在光学面包板上。注意安装时初步估算光程，使两束光的光程大致相等，调节各镜片等高共轴。各部分安装好后，可以通过各个镜片的小螺丝进行微调，要求激光发出的光束与动镜垂直，与分光板成45度角，经过分光板反射的光与固定镜垂直。仔细调节平面镜，逐步把干涉环的圆心调到视场中央，即可获得等倾干涉图样。2.取等倾干涉条纹的清晰位置，记

9、下测微螺旋读数 ，沿此前方向转动测微螺旋，同时默数冒出或消失的条纹，每50环记一次读数，直测到第250 环为止，用逐差法计算出d。3.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， 相应地看到有条纹缩进或冒出。当缩进或冒出 个条纹肘， 记录气压表读数 值。然后重复前面的步骤， 共取6 组数据。 求出对应的气室内压强变化值的平均值。14实验结果与误差分析3.1调节与观察粗调所得等倾与等厚条纹：图一此时成椭圆，明显还需调垂直15实验结果与误差分析3.2测量激光波长前后两组数据：1.（这组比较糟糕，没有消除空程误差，读数忘了估读）2.这组远教上组为好。16实验结果与误差分析3.2相应

10、数据与不确定度分析结果为= =642.8nmR=0.997771544 InterceptInterceptSlopeSlopeStatisticsValueStandard ErrorValueStandard ErrorAdj. R-Square约化长度0.0250.032440.321421.95619E-4117实验结果与误差分析3.3测量空气折射率据误差分析与数据处理，运用最小二乘法对折射率进行计算： =充气后压强（pa)1.251.051.21.0051.0013起始压强（pa)0.950.851.00.800.851.125N202020202020p(pa)0.300.200.

11、200.2050.1500.17518实验结果与误差分析3.3测量空气折射率充气后压强（pa)1.251.051.21.0051.0013起始压强（pa)0.950.851.00.800.851.125N202020202020p(pa)228152152155.811413319实验结果与误差分析3.4钠黄灯波长测量不严格成像*疑有退格误差20实验结果与误差分析3.4钠黄灯波长测量21实验结果与误差分析3.5误差可能的来源与改进措施22实验结果与误差分析3.5误差可能的来源与改进措施7.M1和M2不严格垂直；实际上此时是成等厚干涉。我们现在取近场条件做一个估计:利用取二次项，为3可以看出这一

12、效应占比在0.1%以下，基本可以忽略。23实验结果与误差分析3.5误差可能的来源与改进措施8.空气折射率的变化引起实验误差经查阅资料我们得知空气的折射率略大于1且随着温度成指数衰减，与湿度变化亦有关系。而我们在计算时将折射率近似视为1，由此造成误差。例如在20时的空气折射率是1.000276，由 可知，这样应该造成的误差就是 =2 d 0.000276 / N,其误差不超过3 /10000.24实验结论与延伸讨论4.1实验结论1.对实验结果的评价；2.实验中获得的新技能与知识；3.实验中启发性的细节等；4.实验中做的不好的地方；5.实验中本应继续探索的地方；6.对实验的建议。25实验结论与延伸

13、讨论4.2延伸讨论：镜组失调对成像的影响26实验结论与延伸讨论4.2延伸讨论：镜组失调对成像的影响27实验结论与延伸讨论4.2延伸讨论：镜组失调对成像的影响28实验结论与延伸讨论4.3延伸讨论：成像位置与可读性准确性1.温度与副效应观察可知同一情况，仪器开机时间不同，读数不同，主因是电流热效应引起霍尔元件温度上升及相关热效应（见原理部分叙述）。可以例如通过每10分钟关机散热2分钟的方法减轻。例子：表9 不同工作时间后V1测得值差别VE可忽略？通电时间过长对结果影响？29实验小结与参考文献5.1实验小结1.对实验结果的评价；2.实验中获得的新技能与知识；3.实验中启发性的细节等；4.实验中做的不好的地方；5.实验中本应继续探索的地方；6.对实验的建议。30实验小结与参考文献5.2参考文献与鸣谢参考文献【1】The Unknown，Wikipedia，CC2005-2016；【2】华中科技大