用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长.docx

实验题目用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长

【实验目的】
1、掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法.
2、用迈克尔逊干涉仪测定钠光波长.

【实验仪器】
1、迈克尔逊干涉仪(附望远镜)
2、钠灯
3、扩束透镜(附铁架)

【实验原理】
1、迈克尔逊干涉仪
迈克尔逊干涉仪是一种用分振幅法获得双光束干涉的精密仪器.其原理光路图、仪器外形图如右图所示,结构示意图如左图所示.最下面的底座有三个调平螺钉支撑,调平后可以拧紧以保持底座稳定.、是两面互相垂直的平面反射镜,是不能移动的,其方位的微调可以靠水平拉簧螺丝和垂直拉簧螺丝.装在拖板上由精密丝杆控制.可沿臂轴前后移动.两面反射镜背后都有三个调节螺丝,用来调节镜面的方位.转动粗动手轮可改变的位置.其移动的距离由读数窗口数字和微动手轮读数决定．迈克尔逊干涉仪的光路
粗动手轮的分度值为,右
侧微动手轮的分度值为,可估读至,两读数手轮属于涡轮窝杆传动系统.分束板和补偿板是两块厚度一样的平行平面玻璃板.其与臂轴成,在靠近的平面上镀有半透半反膜.以便入射光在该平面上分成振幅近似相等的反射光1和透射光2.的作用是补
迈克尔逊干涉仪结构示意图偿1和2光路之间附加的光程差．迈克尔逊干涉仪外形图
从扩散光源射来的光,到达分光板
的半透半反膜后被分成两路．反射光l在处反射后经镜面反射,再过最后到达.透射光2射向后到达,反射后逆着入射光线返回,最后也到达处.因两列光是同一光波分振幅得到的,是相干光,所以在处就可观察到两列光的干涉条纹．由于2路透射光到达处前要经分光板的第二面反射,使得在附近形成一个平行于的虚像,两列相干光相当于来自、的反射,其所产生的干涉与厚度为的空气薄膜所产生的干涉是等效的.

2、钠光波长的测量
如右图所示,当两反射镜严格垂直时,即、严格平行时,所产生的干涉为等倾干涉.这时,对于入射角的光线,由、反射后两束光的光程差为

式中,为空气薄膜厚度,为空气折射率.可见对于相同倾角的入射光线,将处于同一级干涉条纹,用眼睛在处正对观察,可看见一组明暗相间的同心圆等倾干涉
环,其亮纹和暗纹所满足的条件是

当时,光程差最大,说明等倾干涉条纹中心条纹级次最高,越偏离中心条纹的级次越低.若、间距减小,对任一级干涉条纹,欲保持不变,即光程差不变,则必定以增大值,即减小角来满足.故干涉条纹向变小的方向移动,即向内陷入.这时观察者看到条纹好像一个一个地陷入中心.根据,在中心每当间距减小时,就有一个条纹陷入;反之当逐渐增大,可观察到条纹好像从中心向外涌出.由于光波长较小,实验时只需缓慢转动微动手轮,即缓慢移动镜,使视场中有个条纹的冒出或陷入,就可知道移动的距离为

由迈克尔逊干涉仪上读出,故由此可测得光源波长为

【实验步骤】
1、放置好钠光灯,使光源和、分束板及反射镜中心大致等高,且三者连线大致垂直于镜,适当调节光源及扩束透镜的位置使得在处视野可看到均匀的亮斑.
2、等倾干涉条纹的调节
①用尺子测量、与分束板之间的距离,调节粗动手轮,使两距离大致相等.
②在扩束透镜和分光板之间放置笔尖,用眼睛直接观察笔尖的多个投影,调整或反射镜后的螺丝,使两个笔尖重合,即可观察到等倾条纹.
③调节反射镜微调螺丝,使条纹变粗、弯曲,直至成圆环形.若条纹衬比度下降,可略微调整丝杆,移动反射镜,使条纹衬比度改善.
④上下左右晃动眼睛,反复细致地调整反射镜拉簧微调螺丝,使圆环形等倾条纹大小不因观察位置而改变为止(几乎不吞吐条纹).
⑤测量前应转动微调手轮,移动反射镜,观察等倾条纹的变化情况.选一段合适区间,以完成测量.
3、钠光双线平均波长的测量
①转动微动手轮观察干涉条纹的”冒出”或”陷入”现象,记录干涉条纹”冒出”或”陷入”50条相对应的值,连续测量10组数据.
②利用所测得的数据,用逐差法求出钠光双线的平均波长.
4、实验结束,收拾仪器.

【数据处理】
1、原始数据重新列表
QUOTENi+51049.31908625049.394630.0755625049.33394730049.409400.07546310049.34980835049.425020.07522415049.36443940049.439980.07555520049.379381045049.456920.07754
2、数据处理
利用逐差法得
,
,
,
,
,
,
由此,所测钠光平均波长
,
百分误差
.

【实验结论】
1、本次实验使用迈克尔逊干涉仪测量钠黄光双线平均波长,测得,与标准值进行对比,百分误差.
2、本次使用迈克尔逊干涉仪测量钠光波长,发现等倾干涉条纹的衬比度随、之间距离的改变而不断改变,不断移动手轮,有时甚至几乎为零.判断是因为钠黄光双线光双线的波长不同,当一波的波峰与令一波波谷几乎重合时,衬比度极小.
3、本次实验由于移动手