Ⅰ 迈克尔逊干涉仪
很努力的在找。。。
给个满意吧。。 迈克尔逊干涉仪,是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作,为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪,可以产生等厚干涉条纹,也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量,若观察到干涉条纹移动一条,便是M2的动臂移动量为λ/2,等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。在近代物理和近代计量技术中,如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。利用该仪器的原理,研制出多种专用干涉仪。
。。。。。。。。。。。。。。。。。我就是传说中的分界线。。。。。。。。。。。。。。。。。在一台标准的迈克耳孙干涉仪中从光源到光检测器之间存在有两条光路:一束光被光学分束器(例如一面半透半反镜)反射后入射到上方的平面镜后反射回分束器,之后透射过分束器被光检测器接收;另一束光透射过分束器后入射到右侧的平面镜,之后反射回分束器后再次被反射到光检测器上。注意到两束光在干涉过程中穿过分束器的次数是不同的,从右侧平面镜反射的那束光只穿过一次分束器,而从上方平面镜反射的那束光要经过三次,这会导致两者光程差的变化。对于单色光的干涉而言这无所谓,因为这种差异可以通过调节干涉臂长度来补偿;但对于复色光而言由于在介质中不同色光存在色散,这往往需要在右侧平面镜的路径上加一块和分束器同样材料和厚度的补偿板,从而能够消除由这个因素导致的光程差。
在干涉过程中,如果两束光的光程差是光波长的整数倍(0,1,2……),在光检测器上得到的是相长的干涉信号;如果光程差是半波长的奇数倍(0.5,1.5,2.5……),在光检测器上得到的是相消的干涉信号。当两面平面镜严格垂直时为等倾干涉,其干涉光可以在屏幕上接收为圆环形的等倾条纹;而当两面平面镜不严格垂直时是等厚干涉,可以得到以等厚交线为中心对称的直等厚条纹。在光波的干涉中能量被重新分布,相消干涉位置的光能量被转移到相长干涉的位置,而总能量总保持守恒。
。。。。。。。。。。。。。。。。。。我依旧是分界线。。。。。。。。。。。。。。。。。。。 这个主要是测量钠双线的波长差。
【实验目的】
1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和迈克尔逊干涉仪的结构,学习其调节方法。
2.调节观察干涉条纹,测量激光的波长。
3.测量钠双线的波长差。
4.练习用逐差法处理实验数据。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪,钠灯,针孔屏,毛玻璃屏,多束光纤激光源(HNL
55700)。
【实验原理】
1.迈克尔逊干涉仪
图1是迈克尔逊干涉仪实物图。图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图,图中M1和M2是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜,其中M1是固定的;M2由精密丝杆控制,可沿臂轴前、后移动,移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处,有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G1,它的第二个平面上镀有半透(半反射)的银膜,以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵,故G1又称为分光板。G2也是平行平面玻璃板,与G1平行放置,厚度和折射率均与G1相同。由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G1次数不同而产生的光程差,故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在G1处分成两部分,反射光⑴经G1反射后向着M2前进,透射光⑵透过G1向着M1前进,这两束光分别在M2、M1上反射后逆着各自的入射方向返回,最后都达到E处。因为这两束光是相干光,因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
由M1反射回来的光波在分光板G1的第二面上反射时,如同平面镜反射一样,使M1在M2附近形成M1的虚像M1′,因而光在迈克尔逊干涉仪中自M2和M1的反射相当于自M2和M1′的反射。由此可见,在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M2和M1′平行时(此时M1和M2严格互相垂直),将观察到环形的等倾干涉条纹。一般情况下,M1和M2形成一空气劈尖,因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。
2.单色光波长的测定
用波长为λ的单色光照明时,迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差,而由M2和M1反射的两列相干光波的光程差为
Δ=2dcos
i
(1)
其中i为反射光⑴在平面镜M2上的入射角。对于第k条纹,则有
2dcos
ik=kλ
(2)
当M2和M1′的间距d逐渐增大时,对任一级干涉条纹,例如k级,必定是以减少cosik的值来满足式(2)的,故该干涉条纹间距向ik变大(cos
ik值变小)的方向移动,即向外扩展。这时,观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”,且每当间距d增加λ/2时,就有一个条纹涌出。反之,当间距由大逐渐变小时,最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心,且每陷入一个条纹,间距的改变亦为λ/2。
因此,当M2镜移动时,若有N个条纹陷入中心,则表明M2相对于M1移近了
Δd=N
(3)
反之,若有N个条纹从中心涌出来时,则表明M2相对于M1移远了同样的距离。
如果精确地测出M2移动的距离Δd,则可由式(3)计算出入射光波的波长。
3.测量钠光的双线波长差Δλ
钠光2条强谱线的波长分别为λ1=589.0
nm和λ2=589.6
nm,移动M2,当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ1的整数倍,而同时又为λ2的半整数倍,即
Δk1λ1=(k2+)λ2
这时λ1光波生成亮环的地方,恰好是λ2光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相等,则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么干涉场中相邻的2次视见度为零时,光程差的变化应为
ΔL=kλ1=(k+1)λ2
(k为一较大整数)
由此得
λ1-λ2==
于是
Δλ=λ1-λ2==
式中λ为λ1、λ2的平均波长。
对于视场中心来说,设M2镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd,则光程差的变化ΔL应等于2Δd,所以
Δλ=
(4)
对钠光=589.3
nm,如果测出在相继2次视见度最小时,M2镜移动的距离Δd
,就可以由式(4)求得钠光D双线的波长差。
4.点光源的非定域干涉现象
激光器发出的光,经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源,经G1(G1未画)、M1、M2′的反射,也等效于沿轴向分布的2个虚光源S1′、S2′所产生的干涉。因S1′、S2′发出的球面波在相遇空间处处相干,所以观察屏E放在不同位置上,则可看到不同形状的干涉条纹,故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图3),调整M1和M2的方位也可观察到等倾、等厚干涉条纹,其干涉条纹的形成和特点与用钠光照明情况相同,此处不再赘述。
【实验内容与步骤】
1.观察扩展光源的等倾干涉条纹并测波长
①点燃钠光灯,使之与分光板G1等高并且位于沿分光板和M1镜的中心线上,转动粗调手轮,使M1镜距分光板G1的中心与M1镜距分光板G1的中心大致相等(拖板上的标志线在主尺32
cm
位置)。
②在光源与分光板G1之间插入针孔板,用眼睛透过G1直视M2镜,可看到2组针孔像。细心调节M1镜后面的
3
个调节螺钉,使
2
组针孔像重合,如果难以重合,可略微调节一下M2镜后的3个螺钉。当2组针孔像完全重合时,就可去掉针孔板,换上毛玻璃,将看到有明暗相间的干涉圆环,若干涉环模糊,可轻轻转动粗调手轮,使M2镜移动一下位置,干涉环就会出现。
③再仔细调节M1镜的2个拉簧螺丝,直到把干涉环中心调到视场中央,并且使干涉环中心随观察者的眼睛左右、上下移动而移动,但干涉环不发生“涌出”或“陷入”现象,这时观察到的干涉条纹才是严格的等倾干涉。
④测钠光D双线的平均波长。先调仪器零点,方法是:将微调手轮沿某一方向(如顺时针方向)旋至零,同时注意观察读数窗刻度轮旋转方向;保持刻度轮旋向不变,转动粗调手轮,让读数窗口基准线对准某一刻度,使读数窗中的刻度轮与微调手轮的刻度轮相互配合。
⑤始终沿原调零方向,细心转动微调手轮,观察并记录每“涌出”或“陷入”50个干涉环时,M1镜位置,连续记录6次。
⑥根据式(5-8),用逐差法求出钠光D双线的平均波长,并与标准值进行比较。
2.观察等厚干涉和白光干涉条纹
①在等倾干涉基础上,移动M2镜,使干涉环由细密变粗疏,直到整个视场条纹变成等轴双曲线形状时,说明M2与M1′接近重合。细心调节水平式垂直拉簧螺丝,使M2与M1′有一很小夹角,视场中便出现等厚干涉条纹,观察和记录条纹的形状、特点。
②用白炽灯照明毛玻璃(钠光灯不熄灭),细心缓慢地旋转微动手轮,M2与M1′达到“零程”时,在M2与M1′的交线附近就会出现彩色条纹。此时可挡住钠光,再极小心地旋转微调手轮找到中央条纹,记录观察到的条纹形状和颜色分布。
3.测定钠光D双线的波长差
①以钠光为光源调出等倾干涉条纹。
②移动M2镜,使视场中心的视见度最小,记录M2镜的位置;沿原方向继续移动M2镜,使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小,再记录M2镜位置,连续测出6个视见度最小时M2镜位置。
③用逐差法求Δd的平均值,计算D双线的波长差。
4.点光源非定域干涉现象观察
方法步骤自拟。
迈克尔逊干涉仪系精密光学仪器,使用时应注意防尘、防震;不能触摸光学元件光学表面;不要对着仪器说话、咳嗽等;测量时动作要轻、要缓,尽量使身体部位离开实验台面,以防震动。
Ⅱ 用什么样的方法来检验新机床的定位精度和重复定位精度,,需要什么仪器
用磁力表座把表座吸附在床身或工作台上,上面装好千分表。让刀塔(车床)或主轴从一定距离处来接近表头。这是基本原理。但是这个距离可就有讲头了,有不同标准,有JIB日本标准,有国标GB标准,还有ISO标准和德国标准。测量方法有循环法和阶梯法,还要用数学统计来求平均值和平方根。公式比较复杂。这里好像不能添加附件,不然可以让你看看详细资料。原则上来讲测量距离越长,误差越大。但现在一般的厂商售服人员交机只是按照最基本的理解来操作,即把刀塔(以车床为例)离开表头约100mm左右,让刀塔接近表头,看表头的误差只有0.001mm,以为精度很高了,其实只是测了那一段距离而已,只反映了那一段丝杠螺距的精度,应该在全程范围内采用循环法或阶梯法来采集数据,然后再算。但现在一般的中下档次的机床都在精度合格书上只用了那一段距离给客户看。
更为专业,精度更高的测量仪器是激光干涉仪来测。
Ⅲ 小数重合法
小数重合法的应用在柯氏干涉仪上检测量块长度.其测量原理为其中,人为所用光波波长,可查得。如何求(++。)值便是“小数重合法”所要解决的问题。对于采用几种不同波长的光波则可列出L一(尺十E卜几。/2(2)其中人可分别查出,小数。。可直接从仪器中读出。
Ⅳ 迈克尔逊干涉仪能否检验精密螺杆的螺距
我只用过柯氏干涉仪(工作原理和迈克尔逊干涉仪一样)一般用来检量块,不能检螺纹的螺距。
Ⅳ F601干涉仪原理和使用方法用于光学镜片测R值时的使用方法
的 http://wenku..com/view/a5791c69561252d380eb6e96.html 请检查! ! ! ! !
Ⅵ 用雷尼绍激光干涉仪对某立式加工中心所切的圆进行检验,如何操作
立式加工中心切圆准不准确,需要使用MT21无线球杆仪对机床进行圆轨迹检测。
误差分许报告
因此球杆仪适用于测量数控机床中存在的几何误差和由其控制系统和伺服系统带来的不准确因素。
Ⅶ 什么叫干涉仪干涉仪的原理和构造
利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束相干光间光程差的任何变化会非常灵敏地导致干涉条纹的移动,而某一束相干光的光程变化是由它所通过的几何路程或介质折射率的变化引起,所以通过干涉条纹的移动变化可测量几何长度或折射率的微小改变量,从而测得与此有关的其他物理量。测量精度决定于测量光程差的精度,干涉条纹每移动一个条纹间距,光程差就改变一个波长(~10-7米),所以干涉仪是以光波波长为单位测量光程差的,其测量精度之高是任何其他测量方法所无法比拟的。
Ⅷ 怎么样用强度干涉仪的工作原理测定恒星直径
3
1.微波谐振腔法 1950年埃森最先采用测定微波波长和频率的方法来确定光速.在他的实验中,将微波输入到圆柱形的谐振腔中,当微波波长和谐振腔的几何尺寸匹配时,谐振腔的圆周长πD和波长之比有如下的关系:πD=2.404825λ,因此可以通过谐振腔直径的测定来确定波长,而直径则用干涉法测量;频率用逐级差频法测定.测量精度达10-7.在埃森的实验中,所用微波的波长为10厘米,所得光速的结果为299792.5±1km/s. 2.激光测速法(大学课本) 1790年美国国家标准局和美国国立物理实验室最先运用激光测定光速.这个方法的原理是同时测定激光的波长和频率来确定光速(c=νλ).由于激光的频率和波长的测量精确度已大大提高,所以用激光测速法的测量精度可达10-9,比以前已有最精密的实验方法提高精度约100倍. 除了以上介绍的几种测量光速的方法外,还有许多十分精确的测定光速的方法. 根据1975年第十五届国际计量大会的决议,现代真空中光速的最可靠值是:c=299792.458±0.001km/s 接近光速时的速度合成 接近光速情况下,笛卡尔坐标系不再适用.同样测量光线离开自己的速度,一个快速追光的人与一个静止的人会测得相同的速度(光速).这与日常生活中对速度的概念有异.两车以50km/h的速度迎面飞驰,司机会感觉对方的车以50 + 50 = 100km/h行驶,即与自己静止而对方以100km/h迎面驶来的情况无异.但当速度接近光速时,实验证明简单加法计算速度不再奏效.当两飞船以90%光速的速度(对第三者来说)迎面飞行时,船上的人不会感觉对方的飞船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飞来,而只是以稍低于99.5%的光速速度行驶.结果可从爱因斯坦计算速度的算式得出:v和w是对第三者来说飞船的速度,u是感受的速度,c是光速.不同介质中的光速 真空中的光速 真空中的光速是一个重要的物理常量,国际公认值为c=299,792,458米/秒.17世纪前人们以为光速为无限大,意大利物理学家G.伽利略曾对此提出怀疑,并试图通过实验来检验,但因过于粗糙而未获成功.1676年,丹麦天文学家O.C.罗默利用木星卫星的星蚀时间变化证实光是以有限速度传播的.1727年,英国天文学家J.布拉得雷利用恒星光行差现象估算出光速值为c=303000千米/秒.1849年,法国物理学家A.H.L.菲佐用旋转齿轮法首次在地面实验室中成功地进行了光速测量,最早的结果为c=315000千米/秒.1862年,法国实验物理学家J.-B.-L.傅科根据D.F.J.阿拉戈的设想用旋转镜法测得光速为c=(298000±500)千米/秒.19世纪中叶J.C.麦克斯韦建立了电磁场理论,他根据电磁波动方程曾指出,电磁波在真空中的传播速度等于静电单位电量与电磁单位电量的比值,只要在实验上分别用这两种单位测量同一电量(或电流),就可算出电磁波的波速.1856年,R.科尔劳施和W.韦伯完成了有关测量,麦克斯韦根据他们的数据计算出电磁波在真空中的波速值为3.1074×105千米/秒,此值与菲佐的结果十分接近,这对人们确认光是电磁波起过很大作用.1926年,美国物理学家A.A.迈克耳孙改进了傅科的实验,测得c=(299796±4)千米/秒,他于1929年在真空中重做了此实验,测得c=299774千米/秒.后来有人用光开关(克尔盒)代替齿轮转动以改进菲佐的实验,其精度比旋转镜法提高了两个数量级.1952年,英国实验物理学家K.D.费罗姆用微波干涉仪法测量光速,得c=(299792.50±0.10)千米/秒.此值于1957年被推荐为国际推荐值使用,直至1973年.1972年,美国的K.M.埃文森等人直接测量激光频率ν和真空中的波长λ,按公式c=νλ算得c=(299792458±1.2)米/秒.1975年第15届国际计量大会确认上述光速值作为国际推荐值使用.1983年17届国际计量大会通过了米的新定义,在这定义中光速c=299792458米/秒为规定值,而长度单位米由这个规定值定义.既然真空中的光速已成为定义值,以后就不需对光速进行任何测量了.介质中的光速 不同介质中有不同的光速值.1850年菲佐用齿轮法测定了光在水中的速度,证明水中光速小于空气中的光速.几乎在同时,傅科用旋转镜法也测量了水中的光速(3/4c),得到了同样结论.这一实验结果与光的波粒二象性相一致而与牛顿的微粒说相矛盾(解释光的折射定律时),这对光的波动本性的确立在历史上曾起过重要作用.1851年,菲佐用干涉法测量了运动介质中的光速,证实了A.-J.菲涅耳的曳引公式.[玻璃中光速2/3c]
Ⅸ 怎样利用迈克尔逊干涉仪测量温度
实验要点
实验前请认真阅读本要点:
(1)听完课后,同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容,特别是P189的干涉仪光路图(图5-61)、P191公式(5-123、5-124)的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。
注:迈克尔逊干涉仪有仿真实验,同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于:
桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0(第二部分),其中
大学物理仿真实验 v2.0(第二部分).exe为正式版,大学物理仿真实验示教版 v2.0(第二部分).exe为示教版,同学们在使用之前可先看示教版。
(2)实验内容
1)掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法,并记录位置改变时干涉条纹的变化,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2)根据逐差法的要求确定如何合理测量数据,规范记录实验数据及已知参数等。
3)拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,并利用仿真实验来验证实验方案。
4)(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
(3)阅读F盘上的数据处理文件(迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)),了解需测量的数据要求(处理需用逐差法),确定如何进行数据测量。根据需测量的数据,在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象,即先测量一小部份数据,弄清测量的重点与难点,确定测量方法,然后进行正式测量。
(4)测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的,需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法,并了解干涉条纹的变化情况,如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。(一些问题详见 附录4 疑难解答)
测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构(包括如何读数、校零、消空程等)。
测量固体试件的线膨胀系数的同学还要掌握如何正确进行控温(详见38的实验内容1)。
(5)测波长的同学(后十位同学)需每冒出(或缩进)50环,读一次 镜的位置,至少连续测8组,将数据填入表格,并观察其实验现象。
测线膨胀系数的同学(前十位同学)可以采用按升高(降低)一定的温度(例如2℃)测量试件伸长量的方法(采用逐差法)进行测量,要求连续测量8组;也可以采用按试件一定的伸长量(例如由20个干涉环变化算出的光程差),测出所需升高(降低)温度的方法进行测量,要求连续测量8组。
注:测波长或测线膨胀系数只需做其中之一,但两个实验都需要掌握;请注意数据处理文件(迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数))。
(6)将所测量数据输入相应的数据处理文件(位于F盘,共有迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)三个文件),不要关闭文件,让老师检查数据是否合格。
(7)数据合格后重新用新报告纸按要求记录所测数据(并记录其标准值或参考值,详见附录1 数据记录要求),将原始数据与仪器使用登记本一并让老师签字,并了解如何处理所测数据(详见附录2 数据处理要求)及逐差法相关知识(附录3 逐差法处理实验数据);
(8)在预习报告后根据实际实验加上实验内容、实验步骤;
(9)重新对仪器进行调节,熟悉调节要点,并观察相应的实验现象,掌握迈克尔逊干涉仪及线膨胀系数测定仪的调节与使用;
(10)掌握迈克尔逊干涉仪仿真实验的使用,并利用其进行复习及进行实验,注意“迈克尔逊干涉仪(仿真实验演示).swf”文件(可以回去再做)。
(11)拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,并利用仿真实验来验证实验方案(可以回去再做)。
(12)(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等(可以回去再做)。
(13)完成相应实验并数据通过后,请收拾好仪器,整理好桌面,关好计算机才能离开实验室,值日生请整理好实验室仪器并打扫卫生重才能离开实验室。
附录1 数据记录要求
注:要求使用空白实验报告纸记录实验数据,不能使用铅笔,不能有涂改。
实验名称:
实验地点: 仪器号数:
课号: 实验时间:
姓名: 学号:
一、迈克尔逊干涉仪测量He-Ne激光的波长(测量固体试件的线膨胀系数)
1、记录已知参数,并记录相应的实验现象
2、自拟表格记录所测量数据
3、记录所测量数据的相应结果(结果、准确度、精确度等),用以参考。
二、拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率(厚度)的实验方案,要求如下:
1、简洁明了的实验原理、公式与实验现象
2、根据1写出实验方案,要有关键的实验要点及相应实验现象说明
3、确定实验方案的数据测量量,拟定数据记录表格
4、利用仿真实验来验证实验方案
三、(选做)利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等
附录2 数据处理要求
1、 处理时需重列表格,用逐差法处理数据,要求有关键公式、步骤;
2、 处理结果与标准(或参考值)比较并作分析,正确表示实结果,并进行实验小结、讨论;
3、 (不作硬性要求,但要了解)求出结果的不确定度,逐差法的不确定度求解可参考《逐差法处理实验数据》部份。
附录3 逐差法处理实验数据
当实验中 、 两物理量满足正比关系时,依次记录 改变相同的量 时的 值:x1,x2…xn(或者当某一研究对象 随实验条件 周期性变化时,依次记录研究对象达到某一条件(如峰值、固定相位等)时的 值x1,x2…xn:), 的间隔周期 的求解方法若由x1,x2…xn逐项逐差再求平均:
其中只利用了 和 ,难以发挥多次测量取平均以减小随机误差的作用,此时应采用隔项逐差法(简称逐差法)处理数据。
逐差法处理数据时,先把数据分为两组,然后第二组的 与第一组相应的 相减,如下表:
n 第一组 第二组 逐差 处理结果 不确定度分析
n为偶数时,每组 个
对 , 和 均含有 ,则方和根合成 有
可采用下式粗略估算不确定度
n为奇数时,可以任意舍掉第一个数据或最后一个数据或正中间的一个数据,再按以上方法处理。但要注意舍掉正中间的数据时两组相应数据之间的实际间隔大小。
逐差法处理数据举例:
外加砝码 下,弹簧伸长到的位置 记录如下表,可用逐差法求得每加一个1kg的砝码时弹簧的平均伸长量 (满足前提条件:弹簧在弹性范围内伸长,伸长量与外加力成正比),也可求得弹簧的倔强系数 。已知 测量时 ,估算 (见下表)。
实验数据 数 据 处 理
处理结果:
1 1.00 2.00 7.90
2 2.00 4.01 7.92
3 3.00 6.05 7.80
4 4.00 7.95 7.87
5 5.00 9.90
6 6.00 11.93
7 7.00 13.85
8 8.00 15.82
逐差法提高了实验数据的利用率,减小了随机误差的影响,另外也可减小 中仪器误差分量,因此是一种常用的数据处理方法。
有时为了适当加大逐差结果为 个周期 ,但并不需要逐差出 个数据,可以连续测量 n个数据后,空出若干数据不记录,到 时,再连续记录 n个数据,对所得两组数据进行逐差可得:
,不确定度可简化由: 来估算。
严格地讲以上介绍的一次逐差法理论上适用于一次多项式的系数求解,要求自变量等间隔地变化。有时在物理实验中可能会遇到用二次逐差法、三次逐差法求解二次多项式、三次多项式的系数等,可参考有关书籍作进一步的了解。
附录4 疑难解答
1. 观察点光源非定域干涉时,屏上只看到一大片光斑,看不到干涉条纹,怎么办?
移走扩束镜,调节激光管方位,配合调M1、M2后螺钉,使由M1、M2反射的最亮光点能大致回到激光管中,此时入射光与分光板成45°角。
然后重新微调M1、M2后面的螺钉,使得屏上两排光点中最亮光点完全重合,重合的标准是最亮光点中出现细条纹(其它光点也有细条纹),如图所示。
再放上扩束镜,屏上必看到干涉条纹。
2. 观察点光源非定域干涉时,屏上只看到干涉圆弧,没看到干涉圆环,怎么办?
调节水平拉簧螺钉和垂直拉簧螺钉,使干涉条纹往变粗变稀方向移动,必可调出干涉圆环的圆心。
3. 调节微调旋钮时,没看到圆环“冒出”或“缩进”,怎么办?
原因:可能是微调旋钮与移动可动镜M1的精密丝杆之间出现了“滑丝”。
办法:可调节粗调大手轮,使M1重新移到一个粗调位置,再使微调手轮多转几圈,确保微动鼓轮螺帽与螺杆间无间隙(空程误差),转动微动鼓轮,必可看到圆环“冒出”或“缩进”现象。
每次正式测量读数前,为防止空程误差,也应使微动鼓轮多转几圈,看到圆环“冒”或“缩”时才往一个方向转动读数,中途中微动鼓轮不能反转。
圆环“冒出”、“缩进”现象
4. 如何对M1位置进行读数?
该读数由三部分组成:①标尺读数,只读出整毫米数即可,不需估读;②粗调大手轮读数,直接由窗口读出毫米的百分位,也不需估读;③微动鼓轮读数,由微动鼓轮旁刻度读出,需要估读一位,把读数(格数)乘10-4即毫米数。M1位置读数为上三读数和。例:
5.什么是定域干涉?什么是非定域干涉?
干涉条纹是定域还是非定域的,取决于光源的大小。如果是点光源,条纹是非定域的,在平面镜M1M2反射光波重叠区域内都能看到干涉条纹。如果在扩束镜与分光板间放一毛玻璃,则点光源发出的球面波经毛玻璃散射成为扩展面光源,条纹则是定域干涉(等倾干涉条纹)。
6. 迈克尔逊干涉仪中补偿板、分光板的作用是什么?
分光板是后表面镀有半反射银膜的玻璃板,激光入射后经半反射膜能分解为两束强度近似相等光线。
补偿板是折射率和厚度与分光板完全相同的玻璃板,使分光板分解的两束光再次相遇时在玻璃板中通过相同的光程,这样两光束的光程差就和在玻璃中的光程无关了。
7.当反射镜M1和M2不严格垂直时,在屏上观察到的干涉条纹分布具有什么特点?
此时M1与M2'之间形成一楔形空气薄层,用平行光照射将产生等厚干涉条纹,即空气层厚度相同的点光程差相同构成同一级干涉条纹,这些条纹是一系列等间距的直条纹。
8.为什么不能用眼睛直接观察未扩束的激光束?
因为没有扩束的激光能量集中,光强较大,直接射入眼内会使视网膜形成永久性的伤害。
9.在迈克尔逊干涉仪实验中,用激光作光源的调整过程中,看到的是两排光点还是两个光点?为什么?
实验中看到的是两排光点,因为光线在玻璃板与平面镜之间有多次反射。实验中只需调节两排光点中最亮光点即可。
10.实验中为什么用逐差法处理实验数据?
本实验采用分组隔项逐差法,可以充分利用所测数据,更好的估算最佳值,更合理地估算测量误差及不确定度。