實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定【實(shí)驗(yàn)名稱】邁克耳孫干涉儀【目的要求】1.掌握M-干涉儀的調(diào)節(jié)方法；2調(diào)出非定域干涉和定域干涉條紋；了解各類型干涉條紋的形成條件，花紋特點(diǎn)，變化規(guī)律及相互間的區(qū)別;用M-干涉儀測(cè)量氣體折射率.【儀器用具】M-干涉儀（舊儀器第3組）,He-Ne激光器及其電源，擴(kuò)束透鏡，小孔光闌，白熾燈，毛玻璃，小氣室，打氣皮囊，氣壓表，凸透鏡.【實(shí)驗(yàn)原理】M?干涉儀光路M-干涉儀是一種分振幅雙光束的干涉儀，其光路如圖.期中Mi可以移動(dòng).Gi為分束板.

實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定干涉花紋的圖樣點(diǎn)光源照明一一非定域干涉條紋考慮虛光源S1和若毛玻璃垂直于兩者連線，則得到圓條紋；若毛玻璃垂直于兩者的垂直平分線，則得到線條紋；若其它情況，則得到橢圓或雙曲線條紋.非定域圓條紋特性：△L=2d(l-裊 (1)ZZ-亮紋條件：k入=2d(l-崩 (11)條紋間距: (iii)Az2 (iii)Ar=rk-i一i*=7—7 2rkd條紋的〃吞吐〃:緩慢移動(dòng)M】鏡，改變d,可以看到條紋條紋吞或吐的數(shù)目N有:(iv)2Ad=NA(iv)d增大,rk增大,即條紋〃吐〃;d減小,-減小,即條紋〃吞〃.擴(kuò)展光源照明一一定域干涉條紋(a)等傾干涉條紋一一定域于無(wú)窮遠(yuǎn)相鄰兩條紋角間距:(b)等厚干涉條紋一一定域于鏡面附近△=2dcos3=2d(l-d02/2)實(shí)驗(yàn)日期 教師評(píng)定在交棱附近,dW可忽略.因此在交棱附近看到的是直條紋，離棱遠(yuǎn)就慢慢變成弧形，且彎曲方向是凸向交棱方向的.2測(cè)量空氣折射率NApn=1+2D'|Ap| (V1°公式給出了氣壓為p時(shí)的空氣折射率兒其中N為條紋吞吐量，Ap為氣室氣壓變化.【實(shí)驗(yàn)步驟和過(guò)程記錄】1.了解M?干涉儀的構(gòu)造(略)調(diào)節(jié)干涉條紋.(1)粗調(diào)M?干涉儀，使Mi和M2,大致平行；把固定鏡林的兩個(gè)微動(dòng)螺稅放在中間位置，把鏡和M?鏡后的三個(gè)小螺幺幺擰合適，不要太松或太緊.將激光束調(diào)成水平，調(diào)整好小孔光闌的高度和位置(小孔放在比較靠近激光源的地方).再利用"自準(zhǔn)直''的方法，調(diào)整M】和Mz,使它們各自反射像的最亮點(diǎn)都和小孔重合.此時(shí)Mi和M2’基本平行，(2)非定域干涉條紋：上面的調(diào)整完成后，在小孔光闌上應(yīng)該看到類似干涉的條紋.此時(shí)拿走小孔光闌，換上一短焦距小透鏡，并調(diào)整其高度和位置使光束能比較均勻得照亮Ml用兩塊毛玻璃在E處作為干涉屏.此時(shí)應(yīng)該可以在屏上看到干涉條紋.調(diào)節(jié)M?的微動(dòng)螺稅，可以實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定調(diào)整中心的位置和傾角，當(dāng)位于光斑中心時(shí)，可■以在毛玻璃上觀測(cè)到非定域圓條紋.轉(zhuǎn)動(dòng)M-干涉儀的粗調(diào)手柄，使M】鏡移動(dòng)，可以觀察到非定域圓條紋的變化.如果條紋''吞"，說(shuō)明d減小，此時(shí)條紋變粗變疏，珠變小；如果條紋''吐〃，說(shuō)明d變大，此時(shí)條紋變細(xì)變密,珠變大.此觀察結(jié)果與理論相符，將d減小，再細(xì)調(diào)M】和M2傾角，然后使毛玻璃垂直于兩者的垂直平分線，則得到線條紋；此時(shí)稍微改變傾角和毛玻璃的取向，可以得到雙曲線條紋，觀察定域干涉條紋：等傾條紋把兩塊毛玻璃重疊放在小透鏡與Gi板之間，獲得擴(kuò)展光源.在上面圓條紋的基礎(chǔ)上將d調(diào)得很小(使條紋很粗很疏)，用眼鏡代替接收屏，進(jìn)一步調(diào)節(jié)微動(dòng)螺絲?，使得眼鏡上下左右移動(dòng)的時(shí)候，圓心隨著眼鏡移動(dòng)，但各圓的大小不變，條紋不吞不吐.因?yàn)檠坨R聚焦的無(wú)窮遠(yuǎn)，所以干涉定域于無(wú)窮遠(yuǎn)，因此我們看到的就是嚴(yán)格的等傾條紋.d一定時(shí)，越常近中心的干涉圓環(huán)，間距越大，即干涉條紋中間疏邊緣密；改變d時(shí),條紋隨著d的減小而變得稀疏.此觀察結(jié)果與理論相符.將凸透鏡放在E的位置，找到凸透鏡成像的位置.觀測(cè)到此位置與凸透鏡的距離大概等于凸透鏡的焦距，因此可以判斷等傾條紋大約定域在無(wú)限遠(yuǎn).等厚條紋擴(kuò)展光源照明.在非定域圓條紋的基礎(chǔ)上將d調(diào)得很小(使條紋很粗很疏)，調(diào)整微動(dòng)螺幺幺使得M】和M7成一小傾角.調(diào)整粗調(diào)手柄使條紋往''吞"，在視場(chǎng)中出現(xiàn)了直線干涉條紋(不一定是豎直線).調(diào)節(jié)M】和M2,的傾角可以使條紋變得不太密，便于觀察.如實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定果慢慢調(diào)整粗調(diào)手柄，可以看到干涉條紋再變彎曲.在干涉條紋從彎曲變得接近直線的附近，加上白光光源，繼續(xù)朝一樣的方向，用細(xì)調(diào)螺旋慢慢調(diào)整M】.在變成直線再開(kāi)始變彎的時(shí)候，觀察到了彩色的白光干涉條紋.記錄此時(shí)M的位置.測(cè)量空氣的折射率.一邊放氣一邊數(shù)''吃掉”的圓干涉條紋數(shù)目，每吃掉一次，由氣壓表讀出如值,放掉氣室的氣，使Ap回到0,再測(cè)量下一組數(shù)據(jù).然后由原理中的公式計(jì)算出一個(gè)大氣壓下空氣的折射率n.【實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)】非定域干涉條紋的調(diào)節(jié)與觀察：轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手柄:轉(zhuǎn)動(dòng)方向Ml與M2,的距離Rk的變化條紋的變化粗調(diào)手柄示數(shù)增大增大增大中心吐，變密，細(xì)粗調(diào)手柄示數(shù)減小減小減小中心吞，變粗，疏轉(zhuǎn)動(dòng)E大概65。之后，觀察到了橢圓條紋。操作：調(diào)節(jié)Un,使Ml和M2成一個(gè)小角度，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使Ml移動(dòng)

教師評(píng)定實(shí)驗(yàn)口期教師評(píng)定現(xiàn)象：首先，觀察到圓條紋變粗，逐漸消減接著調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)把手若干圈后，觀察到干涉條紋彎曲，變?yōu)?接著轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手柄，條紋變?yōu)?接著轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手柄，條紋變?yōu)?發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)過(guò)度，換檔之后，用細(xì)調(diào)手柄向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)得到:發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)過(guò)度，換檔之后，用細(xì)調(diào)手柄向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)得到:調(diào)節(jié)U2，，使條紋最終成為:實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定此時(shí)測(cè)得Ml的位置：X=11.77902mm定域干涉條紋的調(diào)節(jié)與觀察：等傾條紋：操作：把兩塊塊毛玻璃重疊放在小透鏡與Gi板之間，獲得擴(kuò)展光源.在上面圓條紋的基礎(chǔ)上將d調(diào)得很小（使條紋很粗很疏），減小d,調(diào)節(jié)th，，使各圓大小不變，不吞不吐c用眼鏡代替接收屏，進(jìn)一步調(diào)節(jié)微動(dòng)螺幺幺。現(xiàn)象眼睛上下左右移動(dòng)的時(shí)候，圓心隨著眼睛移動(dòng)，但各圓的大小不變，條紋不吞不吐.粗略驗(yàn)證焦距：f=14.9cm等厚和白光條紋的調(diào)節(jié)和觀察等厚條紋的調(diào)節(jié)和觀察:實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定操作：轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手柄，觀察到圓條紋粗而疏現(xiàn)象：調(diào)節(jié)U2，，再轉(zhuǎn)動(dòng)粗調(diào)手柄，出現(xiàn)直線干涉條紋。繼續(xù)調(diào)節(jié)UJ,Ml與M2之間的夾角增大，條紋變密Ml與M2之間的夾角減小，條紋變疏再調(diào)節(jié)粗調(diào)手柄可以觀察到干涉條紋從直變彎再變直。彩色條紋的調(diào)節(jié)和觀察：操作：加上白光光源，然后調(diào)節(jié)粗調(diào)手柄，再條紋由彎變直的距離仔細(xì)觀察。現(xiàn)象：經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)節(jié)，觀察到了彩色條紋。條紋中心有三條紫黑色的線，中間那條較其他兩條黑的是對(duì)稱軸，沿軸向外彩色條紋的顏色分別是深黃色，紫黑色，深綠色，棕黃色，紅色,紫色，淺綠色，桔黃色，淡紅色，紫紅色，淺綠色……和單色光源比較之后發(fā)現(xiàn)，彩色光源形成的干涉條紋的特點(diǎn)是：距離對(duì)稱軸越遠(yuǎn)，條紋的色散現(xiàn)象越明顯。測(cè)得此時(shí)Ml的距離讀數(shù)：X'=11.66593mm系別 班號(hào) 姓名同組姓名實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定空氣折射率測(cè)量數(shù)據(jù)：A=6328nmD=3.53cmpo=760mmHg 室溫T=20°C數(shù)據(jù)表格如下：次數(shù) PlmmHg P2mmHg折射率71220 64230 385 210 607 238 447 279 921.000261.000251.000241.000251.000248 280 601.00025平均 243 601.00025 【實(shí)驗(yàn)結(jié)果】觀測(cè)到所有要求觀測(cè)的干涉條紋.M】位于11.66593mm處時(shí)得到等厚白光干涉條紋:由公式(vii)計(jì)算/求得一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣的折射率為：n=1+2.5xl0-<

實(shí)驗(yàn)口期 教師評(píng)定【分析與討論】§誤差分析:1.對(duì)于X與X，不相等的分析：在尋找直條紋的時(shí)候由于第一次錯(cuò)過(guò)了直條紋的出現(xiàn)，粗調(diào)手柄調(diào)節(jié)過(guò)度，不得不向相反方向調(diào)節(jié)，因此產(chǎn)生了螺距差。在尋找白光干涉條紋時(shí)，也是由于反復(fù)的在條紋由曲變直的附近尋找，造成了螺距差，2關(guān)于空氣折射率的測(cè)量的誤差:實(shí)驗(yàn)室所提供的氣壓計(jì)有一些問(wèn)題，多多少少影響了實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外由于室內(nèi)溫度的變化，折射率也會(huì)有一定的變化，參考結(jié)果是在室溫為14攝氏度時(shí)測(cè)量的，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中室內(nèi)溫度在20攝氏度左右，辛?xí)r測(cè)量的，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中室內(nèi)溫度在20攝氏度左右，辛［度對(duì)于折射率有影響，因此測(cè)量結(jié)果和參考結(jié)果有一些差距。§實(shí)驗(yàn)的總結(jié)：調(diào)整光路的時(shí)候可以采用''自準(zhǔn)直''法（包括調(diào)整光闌位置的時(shí)候），可以比較快地調(diào)好光路；還有調(diào)節(jié)彩色干涉條紋時(shí)如果調(diào)過(guò)了由彎變直的那個(gè)區(qū)域，那么最好的方法是用粗調(diào)倒過(guò)去再用微調(diào)回來(lái)慢慢的找，否則因?yàn)槁菥嗖畹木壒剩瑫?huì)耽誤很多時(shí)間；因?yàn)橛玫氖抢鲜絻x器，做工很精細(xì)，調(diào)節(jié)起來(lái)比較方便快捷，而且受外界因?qū)嶒?yàn)口期 教師評(píng)定素影響較少，實(shí)驗(yàn)比較順利。每個(gè)儀器底下都由三個(gè)螺稅可以用來(lái)調(diào)平，這三個(gè)螺稅很好用，調(diào)節(jié)等傾條紋的時(shí)候，可以分別在調(diào)節(jié)讓當(dāng)眼睛眼相互垂直兩個(gè)方向移動(dòng)時(shí)都沒(méi)有條紋吞吐。總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：調(diào)整光路的時(shí)候采用”自準(zhǔn)直”法（包括調(diào)整光闌位置的時(shí)候），可以比較快地調(diào)好光路；調(diào)節(jié)彩色干涉條紋時(shí)如果調(diào)過(guò)了，那么最好的方法是用粗調(diào)倒過(guò)去再用微調(diào)，否則因?yàn)槁菥嗖畹木壒剩瑫?huì)累壞手指頭；因?yàn)橛玫氖抢蟽x器，一般走路咳嗽撞桌子之類沒(méi)有有太大影響；每個(gè)儀器底下都由三個(gè)螺稅可以用來(lái)調(diào)平，這三個(gè)螺稅很好用，調(diào)節(jié)等傾條紋的時(shí)候，可以分別在調(diào)節(jié)讓當(dāng)眼睛眼相互垂直兩個(gè)方向移動(dòng)時(shí)都沒(méi)有條紋吞吐，這樣比較快.還有在觀察彩色條紋的時(shí)候我問(wèn)了老師為什么中間的對(duì)稱軸會(huì)是紫黑色的而不是黑色的，老師做了大略的解釋，知道是由于鏡片的原因，但是我現(xiàn)在還不是很明白其中的定量分析，有機(jī)會(huì)的話一定要當(dāng)面請(qǐng)教一下鐘錫華老師。測(cè)折射率時(shí)觀察條紋的形狀然后計(jì)數(shù)是很有必要的，如果初始形狀不便于你數(shù)吞噬條紋的數(shù)量，那么最后的測(cè)量結(jié)果會(huì)有很大的誤差。這次調(diào)節(jié)白光彩色條紋是一個(gè)很細(xì)致的操作，很多同學(xué)都表現(xiàn)的很不耐煩，我認(rèn)為這次實(shí)驗(yàn)很需要耐心，以后的研究實(shí)驗(yàn)也是一樣，如果自己做實(shí)驗(yàn)室不夠耐心的話就很可能錯(cuò)過(guò)很多重要的現(xiàn)象，從而影響到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。最后感謝段老師在本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的耐心指導(dǎo)!。實(shí)驗(yàn)日期 教師評(píng)定【思考題】試驗(yàn)中怎樣才能觀察到非定域的直條紋和雙曲線條紋？調(diào)節(jié)U”，使Ml和M2成一個(gè)小角度，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使Ml移動(dòng)接著調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)把手若干圈后，觀察到干涉條紋彎曲，然后會(huì)逐漸變直。M—干涉儀的分束板G1應(yīng)使反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1：1這是為什么？在入射光強(qiáng)為一定值的條件下，為了得到很清晰的干