大学物理探索性试验Word下载.docx
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电信0904
学号：
指导老师：
鱼老师
在学习大学物理探索性实验这门课程之前，我一直错误的以为它和大学物理实验一样，提前写满满的一张实验预习报告，实验后再写满满一张实验报告、画一些泛泛的图像。
选了这门课程后，我才发现原来物理实验还可以在电脑上做，既轻松又方便。
从第一次的《利用单摆测重力加速度》实验后我就明白“探索”的意义。
尤其体现在已知误差的极限范围后再做实验，这样做实验准确率既高，又省去不必要的步骤。
比如要使误差小于1%，求出小球要摆的次数。
这就需要我们去想一个法子，让已知的误差在1%内作为已知条件求出小球摆的最少次数。
这就体现出了“探索”，带动我们的思维去想去做。
选这门课程，真的让我受益颇多。
下面就以《迈克尔逊干涉仪》实验为例，具体介绍一下这种方法是如何体现“探索”的。
由2h=nλ·
·
@1
两边同时求全微分,得2△h=n△λ+λ△n·
@2
将n=2h/λ·
@3
和λ=2h/n·
@4代入上式微分方程，得△λ/λ=△h/h+△n/n·
@5
由于误差要控制在1%以内，即△λ/λ<
=1%
令△h/h<
=0.005·
@5且△n/n<
=0.005
因实验装置精度控制使得△h=0.00001mm代入@5可得
h>
=（0.00001/1000）/0.005=2*10^（-5）·
@6
将@6和钠光波长λ=633nm=6.33*10^（-7）代入h=nλ/2可得n>
=2h/λ=2*2*10^（-5）/6.33*10^（-7）=63.19≈64（次）
综上可知，如果看到条纹好像从中心一个一个地向外涌出64个以上，满足测得的波长误差控制在1%以内。
下面，开始做《迈克尔逊干涉仪》实验。
《迈克尔逊干涉仪》
实验目的如下：
1.了解迈克尔干涉仪的结构，掌握调节方法；
了解螺距差。
2.观察非定义域干涉条纹，了解其特点及变化规律。
3.测量氦氖激光的光波波长。
4.测量钠光的波长，波长差及相干长度。
5.增强对条纹可见度及时间相干性的认识。
6.对干涉仪的广泛用途有进一步的了解。
：
实验原理如下：
迈克尔逊干涉仪原理图如下所示，G1，G2为材料、厚度相同的平行板，G1为镀银半透半反镜，G2为补偿板。
M1，M2是平面反射镜，M2是固定的，M2’是M2的虚像。
M1安装在精密导轨上，可以沿光路方向移动。
S是点光源（点光源或扩张光源），SP是观察屏及有关装置。
试验中，可以看见经过M1镜反射的三束光光斑，记做1、2、3，经M2反射的两束光光斑，记做4、5,。
调整光路时，要求2与4重合。
移动M1，改变干涉间距，可观察到干涉条纹随之改变。
二平面反射镜之间的距离增大时，中心就“吐出”一个个圆环，距离减少时，中心就“吞进”一个个圆环。
同时，条纹之间的间隔（既条纹的疏密）也发生改变。
实验内容具体如下：
1.认真阅读实验原理，了解干涉仪的结构，及实验要求。
2.调整好干涉仪。
为实验做好准备。
1）打开He-Ne激光器，在光源前面放一个小孔光栏，调节M2上的三个螺钉，使从小孔出射的激光束，经M1，M2反射后，在观察屏上重合。
2）去掉小孔光栏，换上短焦距透镜而使光源成为发散光束，在两光程差不太大时，在毛玻璃屏上即可观察到干涉条纹，轻轻的调节M2后的螺钉，应出现基本在中心的圆纹。
3.测量He-Ne激光的波长。
缓慢移动微动手轮，移动M1，中心每“生出”或者“吞进”n个条纹，记下移动的距离，用公式2h/n求出波长（h为M1移动的距离）。
4.测量钠光波长、波长差及相干长度，观察条纹可见度的变化。
按步骤3基础上（注意先将条纹调到3-4条），放钠光光源，同步骤3，根据条纹的吞吐可求得钠光波长，调节过程中，可发现钠光条纹的清晰度会产生变化。
1）同步骤3，测量钠光的波长。
2）慢慢移动M1，增加（或减少）光程差，条纹的可见度下降，乃至看不清条纹；
继续同方向移动M1，条纹的可见度变好，最后变得很清晰，再移动M1，条纹又会变得不可见。
记下条纹从不可见到次一个不可见M1的位置变化[t2-t1],则光程差L=2[t2-t1].根据对应公式，可求出波长差。
3）将光程差跳到0附近，此时光斑很大，很亮，记下这个位置t1，然后，增大光程差，会看到条纹可见度周期性变化，但越来越不可见，直到条纹消失，记下此刻的位置t2，钠光的相干长度就是[t1-t2].
5.透明薄片折射率的测量。
在在实验步骤3基础上，换用白光光源。
在d=0的附近可看到白色的干涉花纹：
中央是直线黑纹，即中央花纹；
两旁是对称分布的彩色花纹。
D稍大时，显不出条纹，当视场中出现中央花纹后，在M1与G1之间放入折射率为n，厚度为l的透明薄片，则此时光程差要比原来增大2l（n-1），中央花纹既移出视场范围，如果将M1向G1前移动d，使d=l（n-1），则中央花纹重新出现，测出d，则可由d=l（n-1）求出折射率n.
实验操作如下剪图所示：
（1）打开He-Ne激光器，在光源前放一小孔光栏，调节M2上的三个螺钉，使从小孔出射的激光束经M1.M2反射后，得到如下图：
（2）去掉小孔光栏，换上短焦距透镜而使光源成为发散光束，在两光程差不太大时，在毛玻璃屏上可观察到干涉条纹，轻轻调节M2后的螺钉，应出现如下图像：
（3）下面开始测试He-Ne激光的波长：
测试读数由三部分组成，
@1.机体侧面为毫米刻度尺，精度为1mm。
@2.读数窗口的刻度盘读数，读到0.01mm。
@3.微动手轮读数，最小精度是0.0001mm。
初始图像如下，可读得初始数据。
利用上面方法可读得初始数据为31.49362mm。
缓慢转动微动手轮，移动M1，中心“生出”65个条纹后的读数如下图所示：
“生出”65个条纹后的读数为：
31.51412mm.
（4）计算He-Ne激光的波长：
△h=31.51412mm-31.49362mm=2.05*10^（-5）m
λ=2△h/n=2*2.05*10^（-5）/65=6.31*10^（-7）m=631nm.
经验证，△λ/λ=（633-631）/633=3.2*10^（-3）=0.32%<
1%
故满足条件，实际测得的He-Ne激光的波长为631nm,真实值波长值为633nm，误差0.32%，满足误差小于1%的条件。
若改为钠光灯源，用同样的方法，也可实现实验目标。
（5）实验小结：
该实验用数学的方法解决了物理问题，是先知道结果再实验，一改以前的根据实验结果求误差的方式。
真正的体现“探索”性实验的目的。
（6）思考与讨论：
@1.
@2.如何利用圆形干涉条纹的涌出测定光波的波长？
答：
由2dcosi=kλ知干涉条纹向i增大的方向移动，即向外扩展，将看到条纹像是从中心一个一个向外‘涌出’，反之，d减少时，‘缩进’去。
每‘涌出’一个条纹，光程差减少一个波长，若有△n个条纹，则移动△d=△n*λ/2，即得λ=2△d/△n.
@3.测He-Ne激光波长时，要求N尽可能大，这是为什么？
N很大时，即使数错一两环，也不会带来很大的误差。
@4.使参考镜与动镜逐渐接近直至零光程（d=0），试描述条纹疏密变化现象。
条纹越来越稀疏，最后成一片明亮视场。
@5.将动镜由左向右移动，条纹有可能会冒出，也有可能会凐没，试解释为什么这两种情况都有可能发生？
条纹冒出或凐没，取决于二反射镜之间空气隙的厚度变化，而向某方向移动镜面时，空气隙的厚度是增加还是减少，又取决于二反射镜的相对位置，故两种情况都有可能发生。
（7）实验心得：
感谢鱼老师，让我知道另一种实验思维方式，后会有期。
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