迈克尔逊干涉实验研究型报告

基础物理实验研究性报告

专题:迈克尔逊干涉实验作者：学号：班级：学院:目录摘要 3一、实验重点 3二、实验原理 4（1）迈克尔逊干涉仪的光路 4（2）单色点光源的非定域反射条纹 5三、实验仪器 6四、实验步骤 6（1）迈克尔逊干涉仪的调整 6（2）点光源非定域干涉条纹的观察和测量 6五、实验数据处理 7（1）原始数据及其初步处理 7（2）不确定度计算 8（3）测量结果 9六、实验误差分析 10七、实验总结及建议 10（1）实验经验总结 10（2）实验改进建议 11八、感想与收获 12九、参考资料 12的光波在分光板G1的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M1在M2附近形成M1的虚像M1′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自M2和M1′的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。当M2和M1′平行时(此时M1和M2严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。若M1和M2相交，则可视作折射率相同、夹角恒定的楔形薄膜。（2）单色点光源的非定域反射条纹如图，M2平行M1′且相距为d。如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’连线的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’、S2’的连线与屏的交点E。设在E处的观察屏上，离中心E点远处有某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为∆L>>d，展开上式略去d2/L2∆式中，φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为2dcos⁡φ=kλ(k=0,1,2三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、小孔、扩束镜、毛玻璃。四、实验步骤（1）迈克尔逊干涉仪的调整=1\*GB3①调节激光器，使激光束水平地入射到M1、M2反射镜中部并基本垂直于仪器导轨。方法：首先将M1、M2背面的3个螺钉及M1的2个微调拉簧均拧成半松半紧状态，然后上下移动、左右旋转激光器并调节激光器激光管的俯仰，使激光束入射到M1、M2反射镜的中心，并使M1、M2反射回来的光点回到激光器光束输出镜面的中点附近。=2\*GB3②调节M1、M2互相垂直。方法：在光源前放置一小孔，让激光通过小孔入射到M1、M2上，根据反射光点得位置对激光束方位作进一步细调。在此基础上调整M1、M2背面的3个方位螺钉，使两镜的反射光斑均与小孔重合，这时M1、M2基本垂直。（2）点光源非定域干涉条纹的观察和测量=1\*GB3①将激光束用扩束镜扩束，以获得点光源。这时毛玻璃观察屏上应出现条纹。=2\*GB3②调节M1镜下方微调拉簧，是产生圆环非定域干涉条纹。这时M1、M2的垂直程度进一步提高。=3\*GB3③将另一块毛玻璃放到扩束镜与干涉仪之间，以便获得面光源。放下毛玻璃观察屏，用眼睛直接观察干涉环，同时仔细调节M1的两个微调拉簧，直至眼睛上下、左右晃动时，各干涉环大小不变，及干涉环中心没有吞吐，只是圆环整体随眼睛一起平动。此时得到面光源定域等倾干涉条纹，说明M1、M2严格垂直。=4\*GB3④移走小块毛玻璃，将毛玻璃观察屏放回原处，仍观察点光源等倾干涉条纹。改变d值，使条纹外扩或内缩，利用公式测出激光的波长。要求圆环中心没吞（吐）100个条纹，即明暗交替变化100次，记下一个d，连续测10个值。五、实验数据处理（1）原始数据及其初步处理d的逐差结果i12345d51.4472751.4636151.4899451.4962751.51257d51.5289051.5452251.5615851.5778051.5941850.081630.081610.081640.081530.08161（2）不确定度计算由上表结果可得5Δd=由此得Δd=5Δdλ=2=653nm=1\*GB3①求Δd的不确定度Δd的不确定度A类分量为：uaB类分量为ub因此，Δd的不确定度为u5Δd=ua25Δd+u对N只有B类不确定度，因此，N的不确定度为：ub=3\*GB3③求λ的不确定度由λ计算公式λ=2ln等式两边同时求导：dλ将上式中得d改为u，并取方和根：u因此u（3）测量结果最后结果表示为：λ±u六、实验误差分析本实验中容易产生误差的地方主要有：1、读数数过程中，由于长期观察干涉条纹，导致视觉疲劳，产生视觉模糊等状况，以致数错圈数。为减少误差带来的影响，可通过计算圈数N的不确定度减少由于读数产生的实验误差。在不数错圈数的情况下，∆N=1，其不确定度为ub2、数圈数时，由于产生的干涉条纹不够清晰，或者当再次转动螺旋测微仪旋钮时的碰撞使得干涉条纹震动，会模糊一会儿，难以判断该时刻是否应将其算入吞吐圈数中，导致读数不够精确。3、测量前未进行空程误差的消除，直接开始计数，导致实际读到的圈数偏小，测量的数据全部作废。4、两个平面镜不严格垂直引入误差。当M1、M2不严格垂直时形成的干涉条纹不是等倾干涉，而是等厚干涉，而且不是同心圆环，当不是等倾干涉时，运用上述公式计算就会对波长产生误差。七、实验总结及建议（1）实验经验总结相对于分光仪的调整，迈克尔逊干涉仪的调整应该算是简单多了，不会因为最开始目测调节望远镜时出现偏差而使后续步骤无法进行，相反，仅需要开始时粗略调节激光源使激光束通过镜面反射后回到激光发出位置附近，然后放上小孔轻松调节反射镜后的螺钉使得反射光汇聚到一点。总的来说，测量过程不算太难，只是在目测数圈数时稍显有些疲劳和乏味，但耐心，坚持在这时是保证实验数据准确性的关键。因此，我能坚持下来，测完十组数据并保证实验数据的高度准确性，不得不说，做实验也是培养人耐心的一件事。在实验后的数据处理中，则让我对数据不确定度的计算更加熟悉，也使我对科学的准确性描述更添一份敬仰之情。（2）实验改进建议在做实验的过程中，让我印象最深刻的要算观察和测量非定域干涉条纹时了，每次数圈数过程中，由于手转动的角度有限，因此，不得不中途松开手，再转动螺旋测微仪旋钮，但每次接触时，总有些许碰撞，使得干涉条纹模糊了一会后重新变得清晰，这就让我为模糊那一会是否有条纹的吞吐感到疑惑。经过观察旁边同学做实验，我发现他们也存在着相同的问题，或者认为晃动导致了空程误差而一次又一次的重新测量，但仍然很难避免这样的事情发生。为此，我特意想出了一个办法来解决这个问题。联想到金工实习时，几乎每一台车床上都有一个带手柄的旋转轮，这样可通过手柄在手中的滑动而代替每转一圈就松开手重新握住最上边转动旋转轮，同样，也可以在螺旋测微仪的旋钮上固连上一个小巧的手柄，这样在转动时可避免手屡次松开有重新握住碰撞产生的误差。考虑到增加手柄可能导致旋转时容易转过头，所以转动过程中还是的小心谨慎一些，不过，相对于没加手柄的，还是要容易多了。八、感想与收获本次研究性实验，使得我对物理实验有了一个更深入的认识和一个更深刻的了解。首先，我不得不佩服科学的严谨性，实验开始时，第一步就是严格的按照规定调整仪器，否则即使测得数据也得不到科学的论证；实验中，更得小心翼翼地改变实验中的变量条件，防止不必要的误差产生，比如说转动螺旋测微仪旋钮时，不能有回转，否则将产生回程误差，全部数据作废；实验后，数据的处理也必须得有科学依据，误差分析要考虑到各方面。其次，研究型实验能够激发学生的创造性思维，也许实验中的改进只是一个小小的改动，但他带来的简便以及使数据更准确是不容忽视的。再次，我在实验的结果处理中，对误差分析需要的完整性思维有了进一步提高，对不确定度的计算也有了进一步的认识，最后，实验中让我最难忘的是每一位老师的热情帮助和对学生的严格要求，