1、邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)認(rèn)真閱讀本要點(diǎn)：（1）聽(tīng)完課后，同學(xué)們結(jié)合儀器請(qǐng)仔細(xì)閱讀教材的相關(guān)內(nèi)容，特別是P189的干涉儀光路圖（圖5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由來(lái)及應(yīng)用、P193至P194的儀器說(shuō)明與練習(xí)一。測(cè)量固體試件的線膨脹系數(shù)還要閱讀教材的P136與P138的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1。注：邁克爾遜干涉儀有仿真實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們可以在實(shí)驗(yàn)之前用其進(jìn)行預(yù)習(xí)。仿真實(shí)驗(yàn)位于：桌面大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn) v2.0（第二部分），其中大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn) v2.0（第二部分）.exe為正式版，大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)示教版 v2.0（第二部分）.exe為示教版，同學(xué)們?cè)谑褂弥翱上瓤词窘贪?。?）實(shí)驗(yàn)

2、內(nèi)容1）掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)方法，并記錄位置改變時(shí)干涉條紋的變化，如條紋的“冒出”和“縮進(jìn)”、條紋的疏密、條紋間距與“空氣薄膜”的關(guān)系等。2）根據(jù)逐差法的要求確定如何合理測(cè)量數(shù)據(jù)，規(guī)范記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及已知參數(shù)等。3）擬定利用邁克爾遜干涉儀測(cè)量透明薄片的折射率（厚度）的實(shí)驗(yàn)方案，并利用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案。4）（選做）利用仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量測(cè)量鈉光的波長(zhǎng)、鈉黃光雙線的波長(zhǎng)差、鈉光的相干長(zhǎng)度等。（3）閱讀F盤上的數(shù)據(jù)處理文件（邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與應(yīng)用數(shù)據(jù)處理、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)環(huán)數(shù)記溫度)、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)溫度記環(huán)數(shù))），了解需測(cè)量的數(shù)據(jù)要求（處理需用逐差法），確定如何進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)

3、量。根據(jù)需測(cè)量的數(shù)據(jù)，在實(shí)驗(yàn)儀器上進(jìn)行預(yù)測(cè)量與觀察相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即先測(cè)量一小部份數(shù)據(jù)，弄清測(cè)量的重點(diǎn)與難點(diǎn)，確定測(cè)量方法，然后進(jìn)行正式測(cè)量。（4）測(cè)波長(zhǎng)與測(cè)線膨脹系數(shù)的主要調(diào)節(jié)方法是一樣的，需掌握邁克爾遜干涉光路的調(diào)節(jié)方法，并了解干涉條紋的變化情況，如條紋的“冒出”和“縮進(jìn)”、條紋的疏密、條紋間距與“空氣薄膜”的關(guān)系等。（一些問(wèn)題詳見(jiàn) 附錄4 疑難解答）測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)的同學(xué)還要掌握如何正確使用讀數(shù)結(jié)構(gòu)（包括如何讀數(shù)、校零、消空程等）。測(cè)量固體試件的線膨脹系數(shù)的同學(xué)還要掌握如何正確進(jìn)行控溫（詳見(jiàn)38的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1）。（5）測(cè)波長(zhǎng)的同學(xué)（后十位同學(xué)）需每冒出（或縮進(jìn)）50環(huán)，讀一次鏡的位

4、置，至少連續(xù)測(cè)8組，將數(shù)據(jù)填入表格，并觀察其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。測(cè)線膨脹系數(shù)的同學(xué)（前十位同學(xué)）可以采用按升高（降低）一定的溫度（例如2）測(cè)量試件伸長(zhǎng)量的方法(采用逐差法)進(jìn)行測(cè)量，要求連續(xù)測(cè)量8組；也可以采用按試件一定的伸長(zhǎng)量（例如由20個(gè)干涉環(huán)變化算出的光程差），測(cè)出所需升高（降低）溫度的方法進(jìn)行測(cè)量，要求連續(xù)測(cè)量8組。 注：測(cè)波長(zhǎng)或測(cè)線膨脹系數(shù)只需做其中之一，但兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要掌握；請(qǐng)注意數(shù)據(jù)處理文件（邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與應(yīng)用數(shù)據(jù)處理、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)環(huán)數(shù)記溫度)、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)溫度記環(huán)數(shù))）。（6）將所測(cè)量數(shù)據(jù)輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理文件（位于F盤，共有邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與應(yīng)用

5、數(shù)據(jù)處理、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)環(huán)數(shù)記溫度)、線膨脹系數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)處理(據(jù)溫度記環(huán)數(shù))三個(gè)文件），不要關(guān)閉文件，讓老師檢查數(shù)據(jù)是否合格。（7）數(shù)據(jù)合格后重新用新報(bào)告紙按要求記錄所測(cè)數(shù)據(jù)（并記錄其標(biāo)準(zhǔn)值或參考值，詳見(jiàn)附錄1 數(shù)據(jù)記錄要求），將原始數(shù)據(jù)與儀器使用登記本一并讓老師簽字，并了解如何處理所測(cè)數(shù)據(jù)（詳見(jiàn)附錄2 數(shù)據(jù)處理要求）及逐差法相關(guān)知識(shí)（附錄3 逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)）；（8）在預(yù)習(xí)報(bào)告后根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)加上實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)步驟；（9）重新對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)節(jié)，熟悉調(diào)節(jié)要點(diǎn)，并觀察相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，掌握邁克爾遜干涉儀及線膨脹系數(shù)測(cè)定儀的調(diào)節(jié)與使用；（10）掌握邁克爾遜干涉儀仿真實(shí)驗(yàn)的使用，并利用其進(jìn)行

6、復(fù)習(xí)及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注意“邁克爾遜干涉儀(仿真實(shí)驗(yàn)演示).swf”文件（可以回去再做）。（11）擬定利用邁克爾遜干涉儀測(cè)量透明薄片的折射率（厚度）的實(shí)驗(yàn)方案，并利用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案（可以回去再做）。（12）（選做）利用仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量測(cè)量鈉光的波長(zhǎng)、鈉黃光雙線的波長(zhǎng)差、鈉光的相干長(zhǎng)度等（可以回去再做）。（13）完成相應(yīng)實(shí)驗(yàn)并數(shù)據(jù)通過(guò)后，請(qǐng)收拾好儀器，整理好桌面，關(guān)好計(jì)算機(jī)才能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，值日生請(qǐng)整理好實(shí)驗(yàn)室儀器并打掃衛(wèi)生重才能離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。附錄1 數(shù)據(jù)記錄要求注：要求使用空白實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能使用鉛筆，不能有涂改。實(shí)驗(yàn)名稱：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：儀器號(hào)數(shù)：課號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：姓名：學(xué)號(hào)：一、邁克爾遜干涉

7、儀測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)（測(cè)量固體試件的線膨脹系數(shù)）1、記錄已知參數(shù)，并記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2、自擬表格記錄所測(cè)量數(shù)據(jù)3、記錄所測(cè)量數(shù)據(jù)的相應(yīng)結(jié)果（結(jié)果、準(zhǔn)確度、精確度等），用以參考。二、擬定利用邁克爾遜干涉儀測(cè)量透明薄片的折射率（厚度）的實(shí)驗(yàn)方案，要求如下：1、簡(jiǎn)潔明了的實(shí)驗(yàn)原理、公式與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象2、根據(jù)1寫出實(shí)驗(yàn)方案，要有關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明3、確定實(shí)驗(yàn)方案的數(shù)據(jù)測(cè)量量，擬定數(shù)據(jù)記錄表格4、利用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方案三、（選做）利用仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)量測(cè)量鈉光的波長(zhǎng)、鈉黃光雙線的波長(zhǎng)差、鈉光的相干長(zhǎng)度等附錄2 數(shù)據(jù)處理要求1、 處理時(shí)需重列表格，用逐差法處理數(shù)據(jù)，要求有關(guān)鍵公式、步驟；2

8、、 處理結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)（或參考值）比較并作分析，正確表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)小結(jié)、討論；3、 （不作硬性要求，但要了解）求出結(jié)果的不確定度，逐差法的不確定度求解可參考逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)部份。附錄3 逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 當(dāng)實(shí)驗(yàn)中、兩物理量滿足正比關(guān)系時(shí)，依次記錄改變相同的量時(shí)的值：x1,x2xn（或者當(dāng)某一研究對(duì)象隨實(shí)驗(yàn)條件周期性變化時(shí)，依次記錄研究對(duì)象達(dá)到某一條件（如峰值、固定相位等）時(shí)的值x1,x2xn：），的間隔周期的求解方法若由x1,x2xn逐項(xiàng)逐差再求平均： 其中只利用了和，難以發(fā)揮多次測(cè)量取平均以減小隨機(jī)誤差的作用，此時(shí)應(yīng)采用隔項(xiàng)逐差法（簡(jiǎn)稱逐差法）處理數(shù)據(jù)。逐差法處理數(shù)據(jù)時(shí)，先把數(shù)據(jù)分

9、為兩組，然后第二組的與第一組相應(yīng)的 相減，如下表：n第一組第二組逐差處理結(jié)果不確定度分析n為偶數(shù)時(shí)，每組 個(gè)對(duì)，和均含有，則方和根合成有可采用下式粗略估算不確定度n為奇數(shù)時(shí)，可以任意舍掉第一個(gè)數(shù)據(jù)或最后一個(gè)數(shù)據(jù)或正中間的一個(gè)數(shù)據(jù)，再按以上方法處理。但要注意舍掉正中間的數(shù)據(jù)時(shí)兩組相應(yīng)數(shù)據(jù)之間的實(shí)際間隔大小。逐差法處理數(shù)據(jù)舉例：外加砝碼下，彈簧伸長(zhǎng)到的位置記錄如下表，可用逐差法求得每加一個(gè)1kg的砝碼時(shí)彈簧的平均伸長(zhǎng)量（滿足前提條件：彈簧在彈性范圍內(nèi)伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)量與外加力成正比），也可求得彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)。已知測(cè)量時(shí)，估算（見(jiàn)下表）。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù) 處 理處理結(jié)果：11.002.007.9022.00

10、4.017.9233.006.057.8044.007.957.8755.009.9066.0011.9377.0013.8588.0015.82逐差法提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的利用率，減小了隨機(jī)誤差的影響，另外也可減小中儀器誤差分量，因此是一種常用的數(shù)據(jù)處理方法。有時(shí)為了適當(dāng)加大逐差結(jié)果為個(gè)周期，但并不需要逐差出個(gè)數(shù)據(jù)，可以連續(xù)測(cè)量n個(gè)數(shù)據(jù)后，空出若干數(shù)據(jù)不記錄，到時(shí)，再連續(xù)記錄n個(gè)數(shù)據(jù)，對(duì)所得兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行逐差可得：，不確定度可簡(jiǎn)化由：來(lái)估算。嚴(yán)格地講以上介紹的一次逐差法理論上適用于一次多項(xiàng)式的系數(shù)求解，要求自變量等間隔地變化。有時(shí)在物理實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)遇到用二次逐差法、三次逐差法求解二次多項(xiàng)式、三次多項(xiàng)

11、式的系數(shù)等，可參考有關(guān)書(shū)籍作進(jìn)一步的了解。附錄4 疑難解答1. 觀察點(diǎn)光源非定域干涉時(shí)，屏上只看到一大片光斑，看不到干涉條紋，怎么辦？ 移走擴(kuò)束鏡，調(diào)節(jié)激光管方位，配合調(diào)M1、M2后螺釘，使由M1、M2反射的最亮光點(diǎn)能大致回到激光管中，此時(shí)入射光與分光板成45角。然后重新微調(diào)M1、M2后面的螺釘，使得屏上兩排光點(diǎn)中最亮光點(diǎn)完全重合，重合的標(biāo)準(zhǔn)是最亮光點(diǎn)中出現(xiàn)細(xì)條紋（其它光點(diǎn)也有細(xì)條紋），如圖所示。再放上擴(kuò)束鏡，屏上必看到干涉條紋。2. 觀察點(diǎn)光源非定域干涉時(shí)，屏上只看到干涉圓弧，沒(méi)看到干涉圓環(huán)，怎么辦？ 調(diào)節(jié)水平拉簧螺釘和垂直拉簧螺釘，使干涉條紋往變粗變稀方向移動(dòng)，必可調(diào)出干涉圓環(huán)的圓心。3.

12、 調(diào)節(jié)微調(diào)旋鈕時(shí)，沒(méi)看到圓環(huán)“冒出”或“縮進(jìn)”，怎么辦？原因：可能是微調(diào)旋鈕與移動(dòng)可動(dòng)鏡M1的精密絲桿之間出現(xiàn)了“滑絲”。辦法：可調(diào)節(jié)粗調(diào)大手輪，使M1重新移到一個(gè)粗調(diào)位置，再使微調(diào)手輪多轉(zhuǎn)幾圈，確保微動(dòng)鼓輪螺帽與螺桿間無(wú)間隙（空程誤差），轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)鼓輪，必可看到圓環(huán)“冒出”或“縮進(jìn)”現(xiàn)象。每次正式測(cè)量讀數(shù)前，為防止空程誤差，也應(yīng)使微動(dòng)鼓輪多轉(zhuǎn)幾圈，看到圓環(huán)“冒”或“縮”時(shí)才往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)，中途中微動(dòng)鼓輪不能反轉(zhuǎn)。圓環(huán)“冒出”、“縮進(jìn)”現(xiàn)象4. 如何對(duì)M1位置進(jìn)行讀數(shù)？該讀數(shù)由三部分組成：標(biāo)尺讀數(shù)，只讀出整毫米數(shù)即可，不需估讀；粗調(diào)大手輪讀數(shù)，直接由窗口讀出毫米的百分位，也不需估讀；微動(dòng)鼓輪

13、讀數(shù)，由微動(dòng)鼓輪旁刻度讀出，需要估讀一位，把讀數(shù)（格數(shù)）乘10-4即毫米數(shù)。M1位置讀數(shù)為上三讀數(shù)和。例：5.什么是定域干涉？什么是非定域干涉？ 干涉條紋是定域還是非定域的，取決于光源的大小。如果是點(diǎn)光源，條紋是非定域的，在平面鏡M1M2反射光波重疊區(qū)域內(nèi)都能看到干涉條紋。如果在擴(kuò)束鏡與分光板間放一毛玻璃，則點(diǎn)光源發(fā)出的球面波經(jīng)毛玻璃散射成為擴(kuò)展面光源，條紋則是定域干涉（等傾干涉條紋）。6. 邁克爾遜干涉儀中補(bǔ)償板、分光板的作用是什么？ 分光板是后表面鍍有半反射銀膜的玻璃板，激光入射后經(jīng)半反射膜能分解為兩束強(qiáng)度近似相等光線。 補(bǔ)償板是折射率和厚度與分光板完全相同的玻璃板，使分光板分解的兩束光再次相遇時(shí)在玻璃板中通過(guò)相同的光程，這樣兩光束的光程差就和在玻璃中的光程無(wú)關(guān)了。7.當(dāng)反射鏡M1和M2不嚴(yán)格垂直時(shí)，在屏上觀察到的干涉條紋分布具有什么特點(diǎn)？ 此時(shí)M1與M2之間形成一楔形空氣薄層，用平行光照射將產(chǎn)生等厚干涉條紋，即空氣層厚度相同的點(diǎn)光程差相同構(gòu)成同一級(jí)干涉條紋，這些條紋是一系列等間距的直條紋。8.為什么不能用眼睛直接觀察未擴(kuò)