邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用實驗報告3551

試驗十四邁克耳孫干預(yù)儀的調(diào)節(jié)和運用邁克耳孫干預(yù)儀在近代物理學的成長中起過主要感化.19世紀末,邁克耳孫（A.A.Michelson）與其合作者曾用此儀器進行了“以太漂移”試驗.標定米尺及揣摸光譜精致構(gòu)造等三項有名的試驗.第一項試驗解決了當時關(guān)于“以太”的爭辯,并為愛因斯坦創(chuàng)立相對論供給了試驗根據(jù);第二項工作實現(xiàn)了長度單位的尺度λ化.邁克耳孫發(fā)明鎘紅線（波長）是一種幻想的單色光源.可用它的波長作為米尺尺度化的基準.他界說1m=1553164.13鎘紅線波長,精度達到10-9,這項工尷尬刁難近代計量技巧的成長作出了主要進獻;邁克耳孫研討了干預(yù)條紋視見度隨光程差變更的紀律,并以此揣摸光譜線的精致構(gòu)造.今天,邁克耳孫干預(yù)儀耳孫干預(yù)儀的根本構(gòu)造仍然是很多現(xiàn)代干預(yù)儀的基本.【試驗?zāi)繕伺c請求】已被更完美的現(xiàn)代干預(yù)儀代替,但邁克1.進修邁克耳孫干預(yù)儀的道理和調(diào)節(jié)辦法.2.不雅察等傾干預(yù)和等厚干預(yù)圖樣.3.用邁克耳孫干預(yù)儀測定He－Ne激光束的波長和鈉光雙線波長差.【試驗儀器】

邁克耳孫干預(yù)儀,He－Ne激光束,鈉光燈,擴束鏡,毛玻璃邁克耳孫干預(yù)儀是運用光的干預(yù)道理,測量長度或長度變更sL,經(jīng)擴束鏡將光束擴束成一射到與光束成45?豎直的分光板個幻想的發(fā)散光束,該光束G上,的后概況鍍有鋁或銀的半反射膜,光束被半反射膜分成強度1大致雷同的反射光(1)和(2).這兩束光沿著不合的偏向射到兩個MM兩平面鏡反射至后會合在一路.細心調(diào)節(jié)12EG2和,就可以在處不雅察到干預(yù)條紋.為抵償板,其材料和2G以抵償光束(2)的光程,使光束(2)與光束(1)在1玻璃中走過的光程大致相等.MM邁克耳孫干預(yù)儀的構(gòu)造圖如圖7-2所示.兩平面鏡和放12M兩臂上.個中平面鏡是固的定,平面鏡可在2M1周詳?shù)膶?dǎo)軌上前后移動,以便轉(zhuǎn)變兩光束的光程差,移動規(guī)模在MM0~100nm內(nèi).平面鏡.的面前各有三個微調(diào)螺絲(圖中的3.12),12MMM2用以轉(zhuǎn)變平面鏡.的角度.在平面鏡的下端還附有兩個互相12M垂直的拉簧螺絲10.11,可以細調(diào)平面鏡的豎直度.2M移動平面鏡有兩種方法：一是扭轉(zhuǎn)粗調(diào)手輪7可以較快地1MM移動：二是扭轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9可以微量移動(假如邁克耳孫干11預(yù)儀有緊固螺絲8,則在遷移轉(zhuǎn)變微調(diào)鼓輪前,先要擰緊緊固螺絲8,遷移轉(zhuǎn)變粗調(diào)手輪前必須松開緊固螺絲8,不然會破壞周詳絲M桿.若沒有緊固螺絲,直接扭轉(zhuǎn)微調(diào)鼓輪9則可微量移動).平面1M鏡的地位讀數(shù)由三部分構(gòu)成：從導(dǎo)軌上讀出毫米以上的值;從1儀器窗口的刻度盤上讀到0.01mm;在微著手輪上最小刻度值為0.0001mm,還可估讀到0.0001mm的1/10.【試驗道理】一.等傾干預(yù)條紋等傾干預(yù)條紋是邁克耳孫干預(yù)儀所能產(chǎn)生的一種主要的干預(yù)圖樣.

如圖7-1和圖7-3所示,MMMM,像是對半反射膜的虛象,其地位在'22M當和垂直時121E鄰近.當所用光源為單色擴大光源時,我們在處不雅察到的干預(yù)MM'2條紋可以看作實反射鏡和虛反射鏡所反射的光疊加而成的.1dMMθθ,為入射光束的入射角'設(shè)為.間的距離,為折射'21MMn=θ=θ.當一束光入射到'角,因為.間是空氣層,折射率1,'21MM.鏡面而分離反射出2(1).(2)兩條光束時,因為(1).(2)來自統(tǒng)1δ一光束,是相關(guān)的,兩光束的光程差為dδθ變更而當一準時,光程差跟著入射角的角的各對應(yīng)點的兩反射光線都具有雷同的光程差,如許的干預(yù),其光強散布由各光束的傾角決議,稱為射時,我們在紋,而干預(yù)條紋的轉(zhuǎn)變,統(tǒng)一傾等傾干預(yù)條紋.當用單色光入毛玻璃屏上不雅察到的是一組明暗相間的齊心圓條δ=dconθ=mλ,當一d級次以圓心為最大(因2θconθm準時,越小,越大,的級數(shù)也就越大).dMM'12當減小(即向接近)時,若我們跟蹤不雅察某一圈條紋,d將看到該干預(yù)環(huán)變小,向中間壓縮(因變小,對某一圈條紋dconθθdλ/2保持恒定,此時就要變小).每當減小2,干預(yù)條MMM1紋就向中間消掉一個.當與接近時,條紋變粗變疏.當與'21Md=完整重合(即0)時,視場亮度平均.'2Md當持續(xù)沿原偏向進步時,逐漸由零增長,將看到干預(yù)條紋1dλ/一個一個地從中間冒出來,每當增長2,就從中心冒出一個,dd跟著的增長,條紋重疊成隱約一片,圖7-4暗示變更時對于干預(yù)條紋的影響.二.測量光波的波長M?d在等傾干預(yù)前提下,設(shè)移動距離,響應(yīng)冒出(或消掉)的1N圓條紋數(shù),則12(1)dN?d由上式可見,我們從儀器上讀出,同時數(shù)出響應(yīng)冒出(或消Nλ掉)的圓條紋數(shù),就可以盤算出光波的波長.*三.等厚干預(yù)條紋MMMMM1若不垂直,即與不服行而有一渺小的夾角,且在'2121M'與訂交處鄰近,兩者形成劈形空氣膜層.此時將不雅察到等厚干預(yù)條紋,凡劈上厚度雷同的各點具有雷同的光程差,因為劈形空2MM氣層的等厚點的軌跡是平行于劈棱(即與的交線)的直線,所'12MM以等厚干預(yù)條紋也是平行于與的交線的明暗相間的直條紋.'12MMMMM'112當與相距較遠時,甚至看不到條紋.若移動使與的'21距離變小時,開端消失清楚地條紋,條紋又細又密,且這些條紋不是直條紋,一般是曲折的條紋,彎向厚度大的一側(cè),即條紋的中心MM'2凸向劈棱.在接近的進程中,條紋變節(jié)交線移動,并且逐漸變1MM疏變粗,當與訂交時,消失明暗相間粗而疏的條紋.個中心幾'12條為直條紋,兩側(cè)條紋跟著離中心條紋變遠,而微顯曲折.MMM'12跟著持續(xù)沿著原偏向移動時,與之間的距離逐漸增大,1M條紋由粗疏逐漸變得精密,并且條紋逐漸朝相反偏向曲折.當與1MMM的距離太大時,條紋就隱約不清.圖7-5暗示與距離變更'12'2引起干預(yù)條紋的變更.四.測定鈉光雙線(DD)的波長差12MM當與相平行時,得到明暗相間的圓形干預(yù)條紋.假如光'12M源是絕對單色的,則當鏡遲緩地移動時,固然視場中條紋不竭涌1出或陷入,但條紋的視見度應(yīng)該不變.IIV設(shè)亮條紋光強,相鄰暗條紋光強為,則視見度可暗示為12視見度描寫的是條紋清楚的程度.λλ假如光源中包含有波長和鄰近的兩種光波,而每一列12光波均不是絕對單色,以鈉黃光為例,它是由中間波長λλ=589.6nm的雙線構(gòu)成,波長差為0.6nm.每一條譜線又有必12

?λ定的寬度,如圖7-6所示,因為雙線波長差與中間波長比擬甚小,故稱之為準單色光.用這種光源照明邁克耳孫干預(yù)儀,它們將各自產(chǎn)生一套干預(yù)圖,干預(yù)場中的強度散布則是兩組干預(yù)條紋的非相關(guān)疊加,因為λλ1λλ2和有渺小的差別,對應(yīng)的亮環(huán)的地位和對應(yīng)的亮環(huán)21dd的地位,將隨的變更,而呈周期的重合和錯開,是以變更時,視場中所見疊加后的干預(yù)條紋瓜代消失“清楚”和“隱約”甚至消ddλλ掉.設(shè)在值為時,和均為亮條紋,視見度最佳,則有1122(m.n為整數(shù))dm1dn21,22λλdd假如>,當值增長到,若知足1222(為整數(shù))K2dmKdnK0.512,22λλ2此時對是亮條紋,對則為暗條紋,視見度最差(可能分1M不清條紋),從視見度最佳到最差,移的動距離為1K1K0.5ddKK?λ由22和1消去可得二次波長差2221λλM1式中為.的平均值.因為視見度最差時,的地位對稱地1212M散布在視見度最佳地位的兩側(cè),所以相鄰視見度最差的移動距1?d?λ離與的關(guān)系為22dd12(2)21【試驗內(nèi)容】*必做內(nèi)容1.調(diào)節(jié)邁克耳孫干預(yù)儀,不雅察等傾干預(yù)M(1)用He-Ne激光器作光源,使入射光束大致垂直平面鏡.2在激光器前放一孔屏(或直接運用激光束的出射孔),激光器經(jīng)孔MMM2屏射向平面鏡,遮住平面鏡,用自準直法調(diào)節(jié)面前的三個微21M調(diào)螺絲(須要時,可調(diào)節(jié)底角螺絲),使由反射回來的一組光點像2M中的最亮點返回激光器中,此時入射光大致垂直平面鏡.2MMMM(2)使平面鏡和大致垂直.遮住平面鏡,調(diào)節(jié)平面鏡1122M面前的三個微調(diào)螺絲,使由反射回來的一組光點像中的最亮點1MM返回激光器中,此時平面鏡和大致互相垂直.12MM(3)不雅察由平面鏡.反射在不雅察屏上的兩組光點像,12MM再細心微調(diào).面前的三個調(diào)節(jié)螺絲,使兩組光點像中最亮的兩12點完整重合.G(4)在光源和分光板之間放一擴束鏡,則在不雅察屏上就會1M消失干預(yù)條紋.遲緩.細心地調(diào)節(jié)平面鏡下端的兩個互相垂直的2拉簧微調(diào)螺絲,使齊心干預(yù)條紋位于不雅察屏中間.Md(1)移動轉(zhuǎn)變,可以不雅察到視場中間圓條紋向外一個一1M個冒出(或向內(nèi)一個一個消掉).開端記時數(shù),記載鏡的地位讀數(shù)1d.1

M(2)數(shù)到圓條紋從中間向外冒出100個時,再記載鏡的地位1d讀數(shù).2λ(3)運用式(1),盤算He-Ne激光束的波長.(4)反復(fù)上述步調(diào)三次,盤算出波長的平均值.最后與公認λB值=632.8nm比較,盤算百分誤差.0【試驗數(shù)據(jù)記載】表1測量He-Ne激光束的波長N100d/mmddd/mm221/nmd/mm1次數(shù)N平均值1234560.034000.031360.031630.030770.030710.03103100100100100100100680.0627.2632.6615.4614.2620.6631.7表2測量鈉光雙線(DD)的波長差N1112序號d/mm012341序號d/mm11121314152【數(shù)據(jù)處理與剖析】1.盤算He-Ne激光的波長的平均值及其不肯定度,寫出測量成果;與公認值632.8nm比較,盤算百分誤差.B0d/mmddd/mm221/nmd/mm1次數(shù)N平均值1234560.034000.031360.031630.030770.030710.03103100100100100100100680.0627.2632.6615.4614.2620.6631.7則631.7nmU1U根據(jù)：50d由格羅布斯判據(jù)ddGSd0.02934mmGS0.03383mm;knkn則剔除壞數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù)之后盤算：0.95S0.00041mmt則A類不肯定度：(d)Anins0.00006mmB類不肯定度：3BUAB0.00042mm則不肯定度：22U1U8.3nm則50d結(jié)論：U622.08.3nm與公認值632.8nm比較,盤算百分誤差0B0100%1.7%B0盤算鈉光雙線(DD)波長差的平均值及其不肯定度,寫出測量成122.?λ果;與公認值=0.6nm比較,盤算百分誤差序號d/mm012341平均值序號d/mm11121314152/nm0.580.300.600.290.600.290.600.290.600.290.590.29d/mm所以：則0.003mmSd由格羅布斯判據(jù)ddGSd0.2