大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解.doc

迈克尔逊干涉实验 实验前请认真阅读本要点： （1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。 测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。 注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。 仿真实验位于： 桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0（第二部分），其中 大学物理仿真实验 v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版 v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。 （2）实验内容 1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。 2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。 3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。 4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。 （3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法疑难解答镜的位置，至少连续测8组，将数据填入表格，并观察其实验现象。 测线膨胀系数的同学（前十位同学）可以采用按升高（降低）一定的温度（例如2℃）测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量，要求连续测量8组；也可以采用按试件一定的伸长量（例如由20个干涉环变化算出的光程差），测出所需升高（降低）温度的方法进行测量，要求连续测量8组。 注：测波长或测线膨胀系数只需做其中之一，但两个实验都需要掌握；请注意数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)）。 （6）将所测量数据输入相应的数据处理文件（位于F盘，共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件），不要关闭文件，让老师检查数据是否合格。 （7）数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据（并记录其标准值或参考值，详见附录1 数据记录要求），将原始数据与仪器使用登记本一并让老师签字，并了解如何处理所测数据（详见附录2 数据处理要求）及逐差法逐差法处理实验数据逐差法处理实验数据 　　当实验中、两物理量满足正比关系时，依次记录改变相同的量时的值：x1,x2…xn（或者当某一研究对象随实验条件周期性变化时，依次记录研究对象达到某一条件（如峰值、固定相位等）时的值x1,x2…xn：），的间隔周期的求解方法若由x1,x2…xn逐项逐差再求平均：　　　　　　　　　　　 其中只利用了和，难以发挥多次测量取平均以减小随机误差的作用，此时应采用隔项逐差法（简称逐差法）处理数据。 　　逐差法处理数据时，先把数据分为两组，然后第二组的与第一组相应的 相减，如下表：n 第一组 第二组 逐差 处理结果 不确定度分析 n为偶数时，每组 个 　　对，和均含有，则方和根合成有 可采用下式粗略估算不确定度 n为奇数时，可以任意舍掉第一个数据或最后一个数据或正中间的一个数据，再按以上方法处理。但要注意舍掉正中间的数据时两组相应数据之间的实际间隔大小。  逐差法处理数据举例： 　　外加砝码下，弹簧伸长到的位置记录如下表，可用逐差法求得每加一个1kg的砝码时弹簧的平均伸长量（满足前提条件：弹簧在弹性范围内伸长，伸长量与外加力成正比），也可求得弹簧的倔强系数。已知测量时，估算（见下表）。 实验数据 数 据 处 理 处理结果： 1 1.00 2.00 7.90 2 2.00 4.01 7.92 3 3.00 6.05 7.80 4 4.00 7.95 7.87 5 5.00 9.90 6 6.00 11.93 7 7.00 13.85 8 8.00 15.82 　　逐差法提高了实验数据的利用率，减小了随机误差的影响，另外也可减小中仪器误差分量，因此是一种常用的数据处理方法。 　　有时为了适当加大逐差结果为个周期，但并不需要逐差出个数据，可以连续测量??n个数据后，空出若干数据不记录，到时，再连续记录??n个数据，对所得两组数据进行逐差可得： ，不确定度可简化由：来估算。 　　严格地讲以上介绍的一次逐差法理论上适用于一次多项式的系数求解，要求自变量等间隔地变化。有时在物理实验中可能会遇到用二次逐