基础物理实验研究型报告

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1、目录基础物理实验研究型报告2-----------迈克耳逊干涉实验（A16）2摘要：2实验原理：2实验步骤：3实验结果和数据处理3实验结果分析与讨论4实验思考及拓展4图表1迈克耳逊干涉仪的构造1图表2等厚干涉2图表3光路分析2图表4等厚干涉时的光程差计算2基础物理实验研究型报告-----------迈克耳逊干涉实验（A16）39051601孔令悦摘要：迈克尔逊干涉仪是1881年由美国物理学家迈克尔逊和莫雷为研究“以太”漂移而设计制造的精密光学仪器。迈克尔逊－莫雷实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。在近代物理学

2、和近代计量科学中，迈克尔逊干涉仪具有重大的影响，得到了广泛应用，特别是20世纪60年代激光出现以后，各种应用就更为广泛。它不仅可以观察光的等厚、等倾干涉现象，精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等，还可以测量气体、液体的折射率等。实验原理：图表1迈克耳逊干涉仪的构造迈克耳逊干涉仪的构造如图，从光源发出的光线在分束板上，使光束分成两部分，一部分从G1的半透半反膜处反射，射向平面镜M1，因G1和全反射平面镜M1M2均成45度角，所以两束光垂直入射到M1M2。从M2反射回的光透过半反射膜反射，而这汇聚成一束光，在E处即可观察到干涉条纹。

3、另一平行板G2与G1平行，并与其完全相同来补偿光程差，成为补偿板。图表2等厚干涉图表3光路分析M’1是M1被G1半反射膜反射多形成的虚像。对观察者而言，相干光束等价于从M’1和M1反射而来，迈克耳逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同M2M′1之间的空气薄膜所产生的干涉花纹一样。若M2M′1平行，是等倾干涉；若有夹角M2M′1，是等厚干涉。图表4等厚干涉时的光程差计算光程差分析：在实验过程中（如图2，3），当d减小，对同一级次的条纹来说，圆环半径减小，干涉圆环内缩；反之，干涉条纹外扩。对于中央条纹，若内缩外扩N次，从图2易知，光程差变化为2⊿d=

4、Nλ。设当φ=0时最高级次为K0，K0=2d/λ;同时能在视场内观察到最高级次K‘的相干光的入射角为φ‘，则K‘=2cosφ‘d/λ;所以总数为⊿K=2d/λ（1-cosφ‘）。有此式，图四的结果容易理解。前五个图是两镜严格垂直时，当d变小⊿K减少，极限情况即为d=0对应的⊿K=2d/λ（1-cosφ‘）=0，看到一片明暗相同的视场。实验步骤：1、调节和观察非定域干涉条纹。将激光用扩束镜扩束，毛玻璃瓶上应出现条纹。调节M1下方的微调拉簧，在屏上看到非定域的同心圆干涉条纹，且圆心位于光场的中间。同时调节M1下方的微调拉簧，直至眼睛上下左右晃

5、动时，各干涉环大小不变，即干涉中心没有吞吐，只有圆环整体随眼睛一起平动，这时得到的是面光源定域干涉等倾条纹。M1M2严格垂直。2、观察中心条纹的“冒出”或“缩进”和干涉条纹的粗细和密度变化规律（即与平面镜M1和M‘2之间距离d的关系）。3、利用非定域干涉条纹测量He－Ne激光波长。转动微调手轮，当干涉条纹“冒出”或“缩进”时记下初始读数，继续沿原方向转动微调手轮，每“冒出”或“缩进”100个条纹记录一次读数，连续测量1000个条纹。处理数据，计算不确定度，表示测量结果。实验结果和数据处理实验原始数据列表为次数i12345距离读数xi55.

6、2118355.2434055.2736955.3086255.33420次数i678910距离读数xi55.3765955.4087255.4406655.4732355.50441(一)用逐差法处理数据过程如下：逐差结果次数i12345逐差5⊿xi=Xi+5-Xi0.164760.165820.166970.164610.170215⊿x=0.166474mm⊿x=0.332948mmua(5⊿x)=0.001529mmub(5⊿x)=⊿仪/√3=0.00029mm由不确定度合成公式，u2=ua(5⊿x)2+ub(5⊿x)2则不确定度

7、u(⊿x)=0.000306mm2⊿x=Nλ,及不确定度的传递公式，得到λ=（665.9±0.6）nm在这个实验的数据处理过程中发现由于计算公式的局限性，线性回归和作图法均不能使用，数据处理不能用多种方法并进行比较孰优孰劣；而在某些实验如单摆测重力加速度，数据可以任意方法处理。实验结果分析与讨论当平面镜M1和M‘2完全平行时，才能观察到严格的等倾干涉条纹。这时如果眼睛上下、左右微微移动，同心干涉圆环的大小不变，仅仅是圆心随眼睛移动而移动，并且干涉条纹反差大。这样的干涉条纹就是严格的等倾干涉条纹。只有在这种情况下测出的干涉条纹才是方法正确的

8、，否则会产生错误。实验的误差和不确定度来源分析如下：1、测量波长时的空程误差。微动微调手轮，屏上条纹就应有变化，否则就存在空程误差。当存在空程误差时，微动手轮转动但条纹未变化，结果是测出的d偏