邁克爾遜干涉儀的使用實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、文檔編碼 : CJ1B6U9M9A5 HB4J1I2M4J9 ZH1W5S10Z5N1- -同學(xué)物理試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱 邁克爾遜干預(yù)儀的使用學(xué)院專業(yè)班級(jí) 報(bào)告人學(xué)號(hào) 同組人學(xué)號(hào) 同組人學(xué)號(hào) 同組人學(xué)號(hào) 理論課任課老師 試驗(yàn)課指導(dǎo)老師 試驗(yàn)日期 報(bào)告日期 試驗(yàn)成果 批改日期試驗(yàn)?zāi)康? word.zl- -（1）明白邁克爾遜干預(yù)儀的原理并把握其調(diào)劑方法（2）觀看等傾干預(yù)、等候干預(yù)的條紋,并能區(qū)分定域干預(yù)和非定域干預(yù)（3）測(cè)定 He-Ne 激光的波長(zhǎng)（4）觀看白光干預(yù)條紋和測(cè)定鈉光波長(zhǎng)及相干長(zhǎng)度試驗(yàn)儀器邁- 克爾遜干預(yù)儀、He-Ne激光器；word.zl- -試驗(yàn)原理1邁克爾遜干預(yù)儀圖 1 是邁克爾遜

2、干預(yù)儀實(shí)物圖；圖2 是邁克爾遜干預(yù)儀的光路示意圖,圖中M和 M是在相互垂直的兩臂上放置的兩個(gè)平面反射鏡,其中M是固定的； M 由精細(xì)絲桿把握,可沿臂軸前、后移動(dòng),移動(dòng)的距離由刻度轉(zhuǎn)盤(pán) 由粗讀和細(xì)讀 2 組刻度盤(pán)組合而成 讀出；在兩臂軸線相交處,有一與兩軸成 45 角的平行平面玻璃板 G,它的其次個(gè)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 G又稱為分光板；G也是平行平面玻璃板,與 G平行放置,厚度和折射率均與 G一樣；由于它補(bǔ)償了光線和因穿越 G次數(shù)不同而產(chǎn)生的光程差,故稱為補(bǔ)償板；從擴(kuò)展光源 S 射來(lái)的光在 G處分成兩局部,反射光經(jīng) G反射后向著 M前進(jìn),透

3、射光透過(guò) G向著 M前進(jìn),這兩束光分別在 M、M 上反射后逆著各自的入射方向返回,最終都到達(dá) E處；由于這兩束光是相干光,因而在 由 M反射回來(lái)的光波在分光板E 處的觀看者就能夠看到干預(yù)條紋；G的其次面上反射時(shí), 如同平面鏡反射一樣,使 M在 M鄰近形成 M的虛像 M ,因而光在邁克爾遜干預(yù)儀中自 M和 M的反射相當(dāng)于自 M和 M 的反射；由此可見(jiàn),在邁克爾遜干預(yù)儀中所產(chǎn)生的干預(yù)與空氣薄膜所產(chǎn)生的干預(yù)是等效的；當(dāng) M和 M 平行時(shí) 此時(shí) M和 M嚴(yán)格相互垂直 ,將觀察到環(huán)形的等傾干預(yù)條紋；一般情形下,M和 M形成一空氣劈尖,因此將觀看到近似平行的干預(yù)條紋 等厚干預(yù)條紋 ；2單色光波長(zhǎng)的測(cè)定用波

4、長(zhǎng)為 的單色光照明時(shí),邁克爾遜干預(yù)儀所產(chǎn)生的環(huán)形等傾干預(yù)圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差,而由差為M和 M反射的兩列相干光波的光程 2dcos i 1 其中 i 為反射光在平面鏡 M上的入射角；對(duì)于第 k 條紋,那么有2dcos ik 2 當(dāng) M和 M 的間距 d 逐步增大時(shí),對(duì)任一級(jí)干預(yù)條紋,例如 k 級(jí),必定是以削減 cosi的值來(lái)中意式 2的,故該干預(yù)條紋間距向i變大 cos i值變小 的方向移動(dòng),即向外擴(kuò)展；這時(shí),觀看者將看到條紋似乎從中心向外“ 涌出,且每當(dāng)間距d 增加/2 時(shí),就有一個(gè)條紋涌出；反之,當(dāng)間距由大逐步變小時(shí),最靠近中心的條紋將一個(gè)一個(gè)地“ 陷入中心,且每陷入一個(gè)條

5、紋,間距的轉(zhuǎn)變亦為 /2；因此,當(dāng) M2 鏡移動(dòng)時(shí),假設(shè)有 N 個(gè)條紋陷入中心,那么說(shuō)明 M相對(duì)于 M移近了 dN 3 反之,假設(shè)有 N 個(gè)條紋從中心涌出來(lái)時(shí),那么說(shuō)明 M相對(duì)于 M 移遠(yuǎn)了同樣的距離；假如精確地測(cè)出 M移動(dòng)的距離 d,那么可由式 3運(yùn)算出入射光波的波長(zhǎng)；3測(cè)量鈉光的雙線波長(zhǎng)差 鈉光 2 條強(qiáng)譜線的波長(zhǎng)分別為 589.0 nm 和 589.6 nm,移動(dòng) M ,當(dāng)光程差中意兩列光波和的光程差恰為 的整數(shù)倍,而同時(shí)又為 的半整數(shù)倍,即 k k 這時(shí) 光波生成亮環(huán)的地方,恰好是 光波生成暗環(huán)的地方；假如兩列光波的強(qiáng)度相等,那么- word.zl- -在此處干預(yù)條紋的視見(jiàn)度應(yīng)為零即條

6、紋消逝 ；那么干預(yù)場(chǎng)中相鄰的2 次視見(jiàn)度為零時(shí), 光程差的變化應(yīng)為 Lkk1k 為一較大整數(shù) 由此得于是 =d,那么光程差的變化L式中 為、的平均波長(zhǎng)；對(duì)于視場(chǎng)中心來(lái)說(shuō),設(shè)M 鏡在相繼 2 次視見(jiàn)度為零時(shí)移動(dòng)距離為應(yīng)等于 2 d,所以對(duì)鈉光589.3 nm,假如測(cè)出在相繼2 次視見(jiàn)度最小時(shí),M鏡移動(dòng)的距離 4 d ,就可以由式4求得鈉光 D 雙線的波長(zhǎng)差；4.點(diǎn)光源的非定域干預(yù)現(xiàn)象激光器發(fā)出的光,經(jīng)凸透鏡L 后會(huì)聚 S 點(diǎn)； S 點(diǎn)可看做一點(diǎn)光源,經(jīng)GG未畫(huà) 、M、M的反射, 也等效于沿軸向分布的2 個(gè)虛光源 S 、 S 所產(chǎn)生的干預(yù)；因S 、S 發(fā)出的球面波在相遇空間處處相干,所以觀看屏E

7、放在不同位置上,那么可看到不同形狀的干預(yù)條紋,故稱為非定域干預(yù)； 當(dāng) E 垂直于軸線時(shí) 見(jiàn)圖 3,調(diào)整 M和 M的方位也可觀看到等傾、等厚干預(yù)條紋,其干預(yù)條紋的形成和特點(diǎn)與用鈉光照明情形一樣,此處不再贅述；試驗(yàn)步驟1觀看擴(kuò)展光源的等傾干預(yù)條紋并測(cè)波長(zhǎng)點(diǎn)燃鈉光燈,使之與分光板 G等高并且位于沿分光板和 M鏡的中心線上,轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪,使 M鏡距分光板 G的中心與 M鏡距分光板 G的中心大致相等 拖板上的標(biāo)志線在主尺 32 cm 位置；在光源與分光板 G之間插入針孔板,用眼睛透過(guò) G直視 M 鏡,可看到 2 組針孔像；細(xì)心調(diào)劑 M鏡后面的 3 個(gè)調(diào)劑螺釘,使 2 組針孔像重合,假如難以重合,可略微調(diào)

8、劑一下 M 鏡后的 3 個(gè)螺釘；當(dāng) 2 組針孔像完全重合時(shí),就可去掉針孔板,換上毛玻璃,將看到有明暗相間的干預(yù)圓環(huán),假設(shè)干預(yù)環(huán)模糊,可輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪,使M 鏡移動(dòng)一下位置,干預(yù)環(huán)就會(huì)顯現(xiàn)；再仔細(xì)調(diào)劑 M鏡的 2 個(gè)拉簧螺絲,直到把干預(yù)環(huán)中心調(diào)到視場(chǎng)中心,并且使干預(yù)環(huán)中心隨觀看者的眼睛左右、上下移動(dòng)而移動(dòng),但干預(yù)環(huán)不發(fā)生“ 涌出或“ 陷入現(xiàn)象,這時(shí)觀看到的干預(yù)條紋才是嚴(yán)格的等傾干預(yù)；測(cè)鈉光 D 雙線的平均波長(zhǎng)；先調(diào)儀器零點(diǎn),方法是：將微調(diào)手輪沿某一方向如順時(shí)針?lè)较蛐亮?同時(shí)留意觀看讀數(shù)窗刻度輪旋轉(zhuǎn)方向；保持刻度輪旋向不變,轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手輪,讓讀數(shù)窗口基準(zhǔn)線對(duì)準(zhǔn)某一刻度,使讀數(shù)窗中的刻度輪與微調(diào)手

9、輪的刻度輪相互協(xié)作；始終沿原調(diào)零方向,細(xì)心轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪,觀看并記錄每“ 涌出或“ 陷入50 個(gè)干預(yù)環(huán)時(shí),M鏡位置,連續(xù)記錄 6 次；依據(jù)式 5-8 ,用逐差法求出鈉光D 雙線的平均波長(zhǎng),并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)展比擬；- word.zl- -2觀看等厚干預(yù)和白光干預(yù)條紋 在等傾干預(yù)根底上,移動(dòng) M 鏡,使干預(yù)環(huán)由細(xì)密變粗疏,直到整個(gè)視場(chǎng)條紋變成等軸雙曲 線形狀時(shí),說(shuō)明 M與 M 接近重合；細(xì)心調(diào)劑水平式垂直拉簧螺絲,使 M與 M 有一很小夾 角,視場(chǎng)中便顯現(xiàn)等厚干預(yù)條紋,觀看和記錄條紋的形狀、特點(diǎn)；用白熾燈照明毛玻璃鈉光燈不熄滅 ,細(xì)心緩慢地旋轉(zhuǎn)微動(dòng)手輪,M與 M 到達(dá)“ 零程時(shí),在 M與 M 的交線鄰近

10、就會(huì)顯現(xiàn)彩色條紋；此時(shí)可擋住鈉光,再微當(dāng)心地旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪找 到中心條紋,記錄觀看到的條紋形狀和顏色分布；3測(cè)定鈉光 D 雙線的波長(zhǎng)差 以鈉光為光源調(diào)出等傾干預(yù)條紋；移動(dòng) M鏡,使視場(chǎng)中心的視見(jiàn)度最小,記錄 M鏡的位置；沿原方向連續(xù)移動(dòng) M鏡,使視 場(chǎng)中心的視見(jiàn)度由最小到最大直至又為最小,再記錄 M 鏡位置,連續(xù)測(cè)出 6 個(gè)視見(jiàn)度最小時(shí) M 鏡位置；用逐差法求d 的平均值,運(yùn)算D 雙線的波長(zhǎng)差；4點(diǎn)光源非定域干預(yù)現(xiàn)象觀看 方法步驟自擬；邁克爾遜干預(yù)儀系精細(xì)光學(xué)儀器,使用時(shí)應(yīng)留意防塵、防震；不能觸摸光學(xué)元件光學(xué)外表；不要對(duì)著儀器說(shuō)話、咳嗽等；測(cè)量時(shí)動(dòng)作要輕、要緩,盡量使身體部位離開(kāi)試驗(yàn)臺(tái)面,以防震

11、動(dòng)；試驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果波長(zhǎng)1記錄的位置并用逐差法運(yùn)算移動(dòng)的距離、He-Ne 激光的“ 冒進(jìn)的 位 置 讀 數(shù)d移動(dòng)的距離 cm/ 或 “縮cm進(jìn)的條紋數(shù)50 =31.17115 =0.08680 50 - =31.19113 =0.08271 0.006588 word.zl- -50 =31.20891 =0.08140 50 =31.22575 =0.08939 50 =31.24211 =0.08054 50 =31.25795 =0.08235 50 =31.27384 50 =31.29031 50 =31.30605 50 =31.32265 2講結(jié)果與公認(rèn)值 632.8nm比擬,運(yùn)算

12、相對(duì)誤差x100%=4.1% 試驗(yàn)結(jié)果分析1在實(shí)際測(cè)量中,顯現(xiàn)了一下情形：隨測(cè)量次數(shù)的增多,圓心位置發(fā)生了變化,這種現(xiàn)象是與理論相悖的,緣由是由于M1 與 M2 未到達(dá)完全平行或調(diào)整儀器時(shí)未調(diào)整好,而且圓心偏移速度越快越說(shuō)明 M1 與 M2平行度越差2在測(cè)量完第一組數(shù)據(jù)后,反向旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)在旋轉(zhuǎn)相當(dāng)多圈后才會(huì)顯現(xiàn)中心圓環(huán)的由吞吐變吐,這個(gè)轉(zhuǎn)變不是馬上就完成的,這是由于儀器右側(cè)的- word.zl- -旋鈕為微調(diào)旋鈕, 使用它對(duì)干預(yù)儀的性質(zhì)轉(zhuǎn)變影響較小,故有吞變吐需要旋轉(zhuǎn)相當(dāng)一段時(shí)間,此時(shí)應(yīng)旋轉(zhuǎn)中部大旋鈕,再使用微調(diào),但不要遺忘刻度盤(pán)調(diào)零；3兩組數(shù)據(jù)所測(cè)得的結(jié)果相差較大,這可能是由于測(cè)量過(guò)程的誤差或

13、操作失誤所引起的,應(yīng)盡量防止；4試驗(yàn)中仍觀看到許多現(xiàn)象,如M1 上顯現(xiàn)許多光斑,其中有亮有暗,同心圓的粗細(xì)和疏密變化等等；但由于理論學(xué)問(wèn)的缺乏,我們尚無(wú)法給出 上述問(wèn)題的完善說(shuō)明,需要我們進(jìn)一步的學(xué)習(xí)與探究；一進(jìn)展分析爭(zhēng)辯；從數(shù)據(jù)表格可以看到,在誤差答應(yīng)范疇內(nèi),測(cè)量波長(zhǎng)與 理論波長(zhǎng)一樣,驗(yàn)證了這種測(cè)試方法的可行性；誤差分析 試驗(yàn)中空程沒(méi)能完全排除；試驗(yàn)對(duì)每一百條條紋的開(kāi)場(chǎng)計(jì)數(shù)點(diǎn)和計(jì)數(shù)完畢點(diǎn)的判定存在 誤差；試驗(yàn)中讀數(shù)時(shí)存在隨機(jī)誤差；試驗(yàn)器材受環(huán)境中的振動(dòng)等因素 的干擾產(chǎn)生偏差；3 試驗(yàn)結(jié)果：經(jīng)分析,當(dāng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí), “ 吐出圓環(huán),此時(shí)測(cè)得一波長(zhǎng),當(dāng)逆時(shí) 針轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕時(shí),“ 吞出圓環(huán),此時(shí)亦測(cè)得一波長(zhǎng)；將二者取平均值得測(cè) 得光的波長(zhǎng)：P=0.95 一個(gè)邁克爾遜試驗(yàn),不但讓我領(lǐng)悟到邁克爾遜設(shè)計(jì)干預(yù)儀的神奇和聰慧,- word.zl- -也更讓我知道了做試驗(yàn)要有耐心和恒心,哪怕試驗(yàn)再麻煩,也必需堅(jiān)持不懈,留意細(xì)節(jié),這樣才能真正地把試驗(yàn)做2.1、為什么白光干預(yù)不易觀看到？答：兩光束能產(chǎn)生干預(yù)現(xiàn)象除中意同頻、同向、相位差恒定三個(gè)條件外,其光程差仍必需小于其相干長(zhǎng)度；而白光的相干長(zhǎng)度只有微米量級(jí),所以只能在零光程鄰近才能觀看到白光干預(yù)