邁克爾遜干涉試驗研究型報告

1、邁克爾遜干涉實驗研究型報告基礎物理實驗研究性報告專題：邁克爾遜干涉實驗作者:學號:班級:學院:目錄摘要 4一、實驗重點 4二、實驗原理 5（1）邁克爾遜干涉儀的光路 5（2）單色點光源的非定域反射條紋 6三、實驗儀器 7四、實驗步驟 7（1）邁克爾遜干涉儀的調(diào)整 7（2）點光源非定域干涉條紋的觀察和測量 8五、實驗數(shù)據(jù)處理 8（1）原始數(shù)據(jù)及其初步處理 8（2）不確定度計算 9（3）測量結(jié)果 11六、實驗誤差分析 12七、實驗總結(jié)及建議 13（1）實驗經(jīng)驗總結(jié) 13（2）實驗改進建議 13八、感想與收獲九、參考資料 1415摘要本研究性報告對邁克爾遜干涉實驗的基本原理、實驗儀器、實驗內(nèi)容等進行

2、了介紹，并對實驗中測得的數(shù)據(jù)進行了科學的處理， 計算了不 確定度，得到實驗結(jié)果的正確表述。然后是一些自己在實驗過程中的 一些經(jīng)驗總結(jié)以及對實驗儀器的一些改進型建議。最后，是我在本次研究性實驗報告中得感想與收獲。再附上在實驗前后參考的資料。關鍵詞：邁克爾遜干涉儀、等傾干涉、誤差分析、實驗改進實驗重點1、熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構，掌握其調(diào)整方法。2、通過實驗觀察，認識點光源非定域干涉條紋的形成與特點3、利用干涉條紋變化的特點測定光源的波長1、實驗原理(1) 邁克爾遜干涉儀的光路邁克爾遜干涉儀是用分振幅法產(chǎn)生兩束相干光，其重要特點是這GG2Mj兩束相干光在空間分得很開，在一束 光路中安置檢測樣品時不

3、會影響另一 束光的傳播。又因為拖板的位置可調(diào), 使之有廣泛的可應用性，常用于長度 的精密測量，長度標準具的校正以及 光譜線精細結(jié)構的研究。其簡化光路如圖所示。M1和M2是在相互垂直的兩臂上放置的兩 個平面反射鏡，其中M1是固定的；M2由精密絲桿控制，可沿臂軸前、 后移動，其背后各有3個螺釘來調(diào)節(jié)平面鏡的方位。在兩臂軸線相交 處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板 G1,它的第二個平面上 鍍有半透(半反射)的銀膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射 光和透射光，故G1又稱為分光板。G2也是平行平面玻璃板，與 G1 平行放置，厚度和折射率均與 G1相同。由于它補償了光線和因穿越G1次數(shù)

4、不同而產(chǎn)生的光程差，故稱為補償板。光源發(fā)出的光一部分從 G1的半反射膜處反射，射向平面鏡 M1; 另一部分透過G1向著M2前進，射向平面鏡 M2兩束光分別在M1、 M2上反射后逆著入射方向返回，最后都達到 E處。因為這兩束光是 相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。由 M1反射回來 的光波在分光板G1的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使 M1 在M2附近形成M1的虛像M1 ,因而光在邁克爾遜干涉儀中自 M2和 M1的反射相當于自M2和MT的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀 中所產(chǎn)生的干涉與空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是等效的。當M2和M1平行時（此時M1和M2嚴格互相垂直），將觀察到 環(huán)形

5、的等傾干涉條紋。若M1和M2相交，則可視作折射率相同、夾角 恒定的楔形薄膜。e p（2）單色點光源的非定域反射條紋如圖，M2平行M1且相距為d。如果把觀察 屏放在垂直于S1'、S2'連線的位置上，則可以 看到一組同心圓，而圓心就是 S1'、S2'的連線 與屏的交點E。設在E處的觀察屏上，離中心E點 遠處有某一點P, EP的距離為R,則兩束光的光程 差為L>>d，展開上式略去 /,則有式中， 是圓形干涉條紋的傾角。所以亮紋條件為三、實驗儀器邁克爾遜干涉儀、氦氖激光器、小孔、擴束鏡、毛玻璃。四、實驗步驟（1）邁克爾遜干涉儀的調(diào)整 調(diào)節(jié)激光器，使激光束水平

6、地入射到 Ml M2反射鏡中部并基 本垂直于儀器導軌。方法：首先將Ml M2背面的3個螺釘及M1的2個微調(diào)拉簧均擰 成半松半緊狀態(tài)，然后上下移動、左右旋轉(zhuǎn)激光器并調(diào)節(jié)激光器激光 管的俯仰，使激光束入射到Ml M2反射鏡的中心，并使Ml M2反射 回來的光點回到激光器光束輸出鏡面的中點附近。 調(diào)節(jié)Ml M2互相垂直。方法：在光源前放置一小孔，讓激光通過小孔入射到 Ml M2上, 根據(jù)反射光點得位置對激光束方位作進一步細調(diào)。在此基礎上調(diào)整Ml M2背面的3個方位螺釘，使兩鏡的反射光斑均與小孔重合，這 時M1 M2基本垂直。（2）點光源非定域干涉條紋的觀察和測量 將激光束用擴束鏡擴束，以獲得點光源。

7、這時毛玻璃觀察屏上 應出現(xiàn)條紋。 調(diào)節(jié)M1鏡下方微調(diào)拉簧，是產(chǎn)生圓環(huán)非定域干涉條紋。這時M 1、 M 2的垂直程度進一步提高。 將另一塊毛玻璃放到擴束鏡與干涉儀之間，以便獲得面光源。放下毛玻璃觀察屏，用眼睛直接觀察干涉環(huán)，同時仔細調(diào)節(jié)M1的兩個微調(diào)拉簧，直至眼睛上下、左右晃動時，各干涉環(huán)大小不變，及干 涉環(huán)中心沒有吞吐， 只是圓環(huán)整體隨眼睛一起平動。 此時得到面光源 定域等傾干涉條紋，說明 M1 M2嚴格垂直。 移走小塊毛玻璃，將毛玻璃觀察屏放回原處，仍觀察點光源等 傾干涉條紋。 改變 d 值，使條紋外擴或內(nèi)縮， 利用公式測出激光的波 長。要求圓環(huán)中心沒吞（吐） 100 個條紋，即明暗交替變化

8、 100 次， 記下一個d,連續(xù)測10個值。五、實驗數(shù)據(jù)處理1）原始數(shù)據(jù)及其初步處理d的逐差結(jié)果i1234551.447251.463651.489951.496251.51257147751.528951.545251.561551.577851.5941028080.081630.081610.081640.081530.08161(2)不確定度計算由上表結(jié)果可得=0.081604mm由此得=0.0163208 mm=0.00065283mm=653nm求的不確定度的不確定度A類分量為：=0.0000194 mmB類分量為儀丿一=0.0000289 mm因此，的不確定度為=0.000006

9、96 mm 求N的不確定度對N只有B類不確定度，因此，N的不確定度為：=0.577求的不確定度由計算公式兩邊取對數(shù)得：等式兩邊同時求導:將上式中得d改為u,并取方和根:因此(3) 測量結(jié)果最后結(jié)果表示為:()nm15六、實驗誤差分析本實驗中容易產(chǎn)生誤差的地方主要有：1、讀數(shù)數(shù)過程中，由于長期觀察干涉條紋，導致視覺疲勞，產(chǎn)生 視覺模糊等狀況，以致數(shù)錯圈數(shù)。為減少誤差帶來的影響，可通過計 算圈數(shù)N的不確定度減少由于讀數(shù)產(chǎn)生的實驗誤差。 在不數(shù)錯圈數(shù)的情況下，N=1，其不確定度為 =0.5772、數(shù)圈數(shù)時，由于產(chǎn)生的干涉條紋不夠清晰，或者當再次轉(zhuǎn)動螺 旋測微儀旋鈕時的碰撞使得干涉條紋震動， 會模糊一

10、會兒，難以判斷 該時刻是否應將其算入吞吐圈數(shù)中，導致讀數(shù)不夠精確。3、測量前未進行空程誤差的消除，直接開始計數(shù)，導致實際讀到 的圈數(shù)偏小，測量的數(shù)據(jù)全部作廢。4、兩個平面鏡不嚴格垂直引入誤差。當 Ml M2不嚴格垂直時形 成的干涉條紋不是等傾干涉，而是等厚干涉，而且不是同心圓環(huán)，當 不是等傾干涉時，運用上述公式計算就會對波長產(chǎn)生誤差。七、實驗總結(jié)及建議（1）實驗經(jīng)驗總結(jié) 相對于分光儀的調(diào)整，邁克爾遜干涉儀的調(diào)整應該算是簡單多 了，不會因為最開始目測調(diào)節(jié)望遠鏡時出現(xiàn)偏差而使后續(xù)步驟無法進 行，相反，僅需要開始時粗略調(diào)節(jié)激光源使激光束通過鏡面反射后回 到激光發(fā)出位置附近， 然后放上小孔輕松調(diào)節(jié)反射

11、鏡后的螺釘使得反 射光匯聚到一點。 總的來說， 測量過程不算太難， 只是在目測數(shù)圈數(shù) 時稍顯有些疲勞和乏味， 但耐心，堅持在這時是保證實驗數(shù)據(jù)準確性 的關鍵。 因此，我能堅持下來， 測完十組數(shù)據(jù)并保證實驗數(shù)據(jù)的高度 準確性，不得不說， 做實驗也是培養(yǎng)人耐心的一件事。 在實驗后的數(shù) 據(jù)處理中， 則讓我對數(shù)據(jù)不確定度的計算更加熟悉， 也使我對科學的 準確性描述更添一份敬仰之情。（2）實驗改進建議 在做實驗的過程中，讓我印象最深刻的要算觀察和測量非定域 干涉條紋時了，每次數(shù)圈數(shù)過程中，由于手轉(zhuǎn)動的角度有限，因此， 不得不中途松開手， 再轉(zhuǎn)動螺旋測微儀旋鈕， 但每次接觸時， 總有些 許碰撞，使得干涉條

12、紋模糊了一會后重新變得清晰， 這就讓我為模糊 那一會是否有條紋的吞吐感到疑惑。 經(jīng)過觀察旁邊同學做實驗， 我發(fā) 現(xiàn)他們也存在著相同的問題， 或者認為晃動導致了空程誤差而一次又 一次的重新測量， 但仍然很難避免這樣的事情發(fā)生。 為此，我特意想 出了一個辦法來解決這個問題。 聯(lián)想到金工實習時， 幾乎每一臺車床 上都有一個帶手柄的旋轉(zhuǎn)輪， 這樣可通過手柄在手中的滑動而代替每 轉(zhuǎn)一圈就松開手重新握住最上邊轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)輪， 同樣，也可以在螺旋測 微儀的旋鈕上固連上一個小巧的手柄， 這樣在轉(zhuǎn)動時可避免手屢次松 開有重新握住碰撞產(chǎn)生的誤差。 考慮到增加手柄可能導致旋轉(zhuǎn)時容易 轉(zhuǎn)過頭， 所以轉(zhuǎn)動過程中還是的小心謹

13、慎一些， 不過，相對于沒加手 柄的，還是要容易多了。八、感想與收獲本次研究性實驗， 使得我對物理實驗有了一個更深入的認識和一 個更深刻的了解。首先，我不得不佩服科學的嚴謹性，實驗開始時， 第一步就是嚴格的按照規(guī)定調(diào)整儀器， 否則即使測得數(shù)據(jù)也得不到科 學的論證； 實驗中，更得小心翼翼地改變實驗中的變量條件， 防止不 必要的誤差產(chǎn)生， 比如說轉(zhuǎn)動螺旋測微儀旋鈕時， 不能有回轉(zhuǎn)， 否則 將產(chǎn)生回程誤差， 全部數(shù)據(jù)作廢； 實驗后， 數(shù)據(jù)的處理也必須得有科 學依據(jù)， 誤差分析要考慮到各方面。 其次，研究型實驗能夠激發(fā)學生 的創(chuàng)造性思維， 也許實驗中的改進只是一個小小的改動， 但他帶來的 簡便以及使數(shù)據(jù)更準確是不容忽視的。 再次，我在實驗的結(jié)果處理中， 對誤差分析需要的完整性思維有了進一步提