用邁克爾遜干涉儀測定鈉光波長VIP

1、實驗題目 用邁克爾遜干涉儀測定鈉光波長【實驗目的】1、掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)和使用方法.2、用邁克爾遜干涉儀測定鈉光波長.【實驗儀器】1、邁克爾遜干涉儀(附望遠鏡)2、鈉燈3、擴束透鏡(附鐵架)【實驗原理】1、邁克爾遜干涉儀 邁克爾遜干涉儀是一種用分振幅法獲得雙光束干涉的精密儀器.其原理光路圖、儀器外形圖如右圖所示,結(jié)構(gòu)示意圖如左圖所示.最下面的底座有三個調(diào)平螺釘支撐,調(diào)平后可以擰緊以保持底座穩(wěn)定.、是兩面互相垂直的平面反射鏡,是不能移動的,其方位的微調(diào)可以靠水平拉簧螺絲和垂直拉簧螺絲.裝在拖板上由精密絲桿控制.可沿臂軸前后移動.兩面反射鏡背后都有三個調(diào)節(jié)螺絲,用來調(diào)節(jié)鏡面的方位.轉(zhuǎn)動粗動手

2、輪可改變的位置.其移動的距離由讀數(shù)窗口數(shù)字和微動手輪讀數(shù)決定 邁克爾遜干涉儀的光路粗動手輪的分度值為,右側(cè)微動手輪的分度值為,可估讀至,兩讀數(shù)手輪屬于渦輪窩桿傳動系統(tǒng).分束板和補償板是兩塊厚度一樣的平行平面玻璃板.其與臂軸成,在靠近的平面上鍍有半透半反膜.以便入射光在該平面上分成振幅近似相等的反射光1和透射光2.的作用是補 邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖 償1和2光路之間附加的 光程差 邁克爾遜干涉儀外形圖從擴散光源射來的光,到達分光板的半透半反膜后被分成兩路反射光l在處反射后經(jīng)鏡面反射,再過最后到達.透射光2射向后到達,反射后逆著入射光線返回,最后也到達處.因兩列光是同一光波分振幅得到的,是相干光

3、,所以在處就可觀察到兩列光的干涉條紋由于2路透射光到達處前要經(jīng)分光板的第二面反射,使得在附近形成一個平行于的虛像,兩列相干光相當于來自、的反射,其所產(chǎn)生的干涉與厚度為的空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是等效的. 2、鈉光波長的測量 如右圖所示,當兩反射鏡嚴格垂直時,即、嚴格平行時,所產(chǎn)生的干涉為等傾干涉.這時,對于入射角的光線,由、反射后兩束光的光程差為式中, 為空氣薄膜厚度, 為空氣折射率.可見對于相同傾角的入射光線,將處于同一級干涉條紋,用眼睛在處正對觀察,可看見一組明暗相間的同心圓 等傾干涉環(huán),其亮紋和暗紋所滿足的條件是 當時,光程差最大,說明等傾干涉條紋中心條紋級次最高,越偏離中心條紋的級次越低.

4、若、間距減小,對任一級干涉條紋,欲保持不變,即光程差不變,則必定以增大值,即減小角來滿足.故干涉條紋向變小的方向移動,即向內(nèi)陷入.這時觀察者看到條紋好像一個一個地陷入中心. 根據(jù),在中心每當間距減小時,就有一個條紋陷入;反之當逐漸增大,可觀察到條紋好像從中心向外涌出.由于光波長較小,實驗時只需緩慢轉(zhuǎn)動微動手輪,即緩慢移動鏡,使視場中有個條紋的冒出或陷入,就可知道移動的距離為由邁克爾遜干涉儀上讀出,故由此可測得光源波長為【實驗步驟】1、放置好鈉光燈,使光源和、分束板及反射鏡中心大致等高,且三者連線大致垂直于鏡,適當調(diào)節(jié)光源及擴束透鏡的位置使得在處視野可看到均勻的亮斑.2、等傾干涉條紋的調(diào)節(jié)用尺子

5、測量、與分束板之間的距離,調(diào)節(jié)粗動手輪,使兩距離大致相等.在擴束透鏡和分光板之間放置筆尖,用眼睛直接觀察筆尖的多個投影,調(diào)整或反射鏡后的螺絲,使兩個筆尖重合,即可觀察到等傾條紋.調(diào)節(jié)反射鏡微調(diào)螺絲,使條紋變粗、彎曲,直至成圓環(huán)形.若條紋襯比度下降,可略微調(diào)整絲桿,移動反射鏡,使條紋襯比度改善.上下左右晃動眼睛,反復細致地調(diào)整反射鏡拉簧微調(diào)螺絲,使圓環(huán)形等傾條紋大小不因觀察位置而改變?yōu)橹?幾乎不吞吐條紋).測量前應轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪,移動反射鏡,觀察等傾條紋的變化情況.選一段合適區(qū)間,以完成測量.3、鈉光雙線平均波長的測量轉(zhuǎn)動微動手輪觀察干涉條紋的”冒出”或”陷入”現(xiàn)象,記錄干涉條紋”冒出”或”陷入”

6、50條相對應的值,連續(xù)測量10組數(shù)據(jù).利用所測得的數(shù)據(jù),用逐差法求出鈉光雙線的平均波長.4、實驗結(jié)束,收拾儀器.【數(shù)據(jù)處理】1、原始數(shù)據(jù)重新列表1049.31908625049.394630.0755625049.33394730049.409400.07546310049.34980835049.425020.07522415049.36443940049.439980.07555520049.379381045049.456920.077542、數(shù)據(jù)處理利用逐差法得,由此,所測鈉光平均波長,百分誤差.【實驗結(jié)論】1、本次實驗使用邁克爾遜干涉儀測量鈉黃光雙線平均波長,測得,與標準值進行對比,

7、百分誤差.2、本次使用邁克爾遜干涉儀測量鈉光波長,發(fā)現(xiàn)等傾干涉條紋的襯比度隨、之間距離的改變而不斷改變,不斷移動手輪,有時甚至幾乎為零.判斷是因為鈉黃光雙線光雙線的波長不同,當一波的波峰與令一波波谷幾乎重合時,襯比度極小.3、本次實驗由于移動手輪時在某一段襯比度極小,以及后期條紋數(shù)多了眼花(如的粗差),給實驗帶來了一定的額外誤差.注意事項1、測量過程中應保持手輪往同一方向運動,否則會出現(xiàn)回程差,給實驗帶來很大的影響.2、觀察過程中容易出現(xiàn)眼部不適的癥狀,此時可作適當放松,否則長時間觀察容易產(chǎn)生測量偏差.3、調(diào)節(jié)螺絲時需緩慢,一面損壞螺牙.4、不得用手觸摸分光板、補償板以及反射鏡.【思考練習】1

8、、如何檢驗干涉條紋屬于嚴格的等傾干涉條紋?答:上下左右移動自己的眼睛觀察干涉圖樣,若條紋不隨眼睛的移動而出現(xiàn)吞吐現(xiàn)象,僅僅是隨眼睛的移動而整體運動,則說明條紋已屬于嚴格的等傾干涉條紋(實驗時,在精度范圍內(nèi),若條紋至多吞吐根,則也可認為屬于嚴格等傾干涉).2、觀察下列現(xiàn)象并加以理論解釋:當增大或減小時,干涉圓環(huán)如何變化?答：若間距增大,則條紋會變得密集且變細;反之,若減小,則條紋變稀疏且變粗.干涉條紋對比度隨增大如何變化?為什么?答:干涉條紋的襯比度隨間距的增大呈周期性地變化,襯比度由大 小 大 小(假設初始為最清晰).出現(xiàn)如此現(xiàn)象的原因,是因為鈉黃光并不是嚴格的單線光源,鈉黃光光源中存在,的兩條譜線,當兩波的波峰幾乎重合時,光的襯比度最大;而當一波的波峰與另一波的波谷幾乎重