用迈克尔逊干涉仪测杨氏模量 doc.docx

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大学物理实验设计性实验

实验报告

实验题目：用迈克尔逊干涉仪测杨氏模量班级：姓名：学号：指导教师：方运良

茂名学院物理系大学物理实验室
实验日期：200年月日
实验提要
实验课题及任务
《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》实验课题任务是：利用迈克尔逊干涉仪能精密测量微小变量的特点，测量出钢丝在拉力作用下的微小伸长量，用特制的测力计测量拉力大小。设计实验方案，测定钢丝的杨氏模量。
学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。
设计要求
⑴通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。
⑵根据实验用的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。
⑶用最小二乘法求出杨氏模量。
⑷实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。
实验仪器
迈克尔逊干涉仪、测力计、激光器。
教师指导(开放实验室)和开题报告1学时；实验验收，在4学时内完成实验；
提交整体设计方案时间
学生自选题后2~3周内完成实验整体设计方案并提交。提交整体设计方案，要求用纸质版(电子版用电子邮件发送到指导教师的电子邮箱里)供教师修改。
参考文献
（1）金正宇一个经典力学实验测量方法的改进——霍尔传感器测杨氏模量[J]实验室研究与探索,2000
（2）张帮利用迈克耳孙干涉原理测杨氏模量[J]大学物理实验2007

（3）陈水波，乐雄军测量杨氏模量的智能光电系统【J】物理实验，2001

原始数据
实验日期：12月16日

实验中测得金属丝的直径d

i
读数(mm)
校正值(mm)
(mm)
10.601-0.0010.60220.6010.60230.6000.60140.6020.60350.6010.602仪器误差=±0.004mm
长度为=（25.25±0.1）cm，He-Ne激光器=632.8nm

测量次数
1
2
3
4
5
6
7
8拉力
(N)7.989.0610.0611.0612.0913.0714.1015.16条纹间隔
数目
15
30
45
6075
90
105
120

《用迈克尔逊干涉仪测量金属丝的杨氏模量》实验

实验目的：
了解迈克尔逊干涉仪得原理，结构及调整方法。
利用迈克尔干涉仪能精密测量微小变量的特点，测量出钢丝在拉力作用下的微小伸长量，测定杨氏模量。
学会根据测量原理，设计出实验方法及实验步骤。
实验仪器：
迈克尔逊干涉仪，测力计，激光器，螺旋测微计
实验原理：
迈克尔逊干涉仪光路图
1迈克尔逊干涉仪的光路
迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式，其基本光路如右图所示。从光源发出的一束光，在分束镜的半反射面上被分成光强近似相等的反射光束1和透射光束2。反射光束1射出后投向反射镜，反射回来再穿过；光束2经过补偿板投向反射镜，反射回来再通过，在半反射面上反射。于是，这两束相干光在空间相遇并产生干涉，通过望远镜或人眼可以观察到干涉条纹。
点光源产生非定域干涉光路图
2干涉原理
（1）非定域干涉
在“用迈克尔孙干涉仪观察非定域干涉图样”实验中，激光束经短焦距凸透镜扩束后得到点光源S，它发出的球面波经G1反射可等效为是由虚光源S’发出的（如右图）。S’发出的光再经M1和M2’的反射又等效为由虚光源S1和S2发出的两列球面波，这两列球面波在它们相遇的空间内产生干涉，从而形成非定域干涉图样

（2）等倾干涉
当、互相平行是，得到的是相当于平面板的等倾干涉条纹，其干涉图样定位于无限远，如果在E处放一会聚透镜，并在其焦平面上放一屏，则在屏上可观察到一圈圈的同心圆。对与入射角i相同的各束光，如图1所示，其光程差均为:
(1)
对于第K级条纹显然是满足下式的入射光反射而成的：
(2)
在同心圆处i=0，干涉条纹的级数最高，此时有：
(3)
当移动间隔d增加时，同心圆的干涉级数增加，我们就可以看到中心条纹一个一个向外“冒”出；反之当d减小时，中心条纹将一个一个地“缩”进去。每“冒出”或“缩进”一个条纹，d就增加或减少了。如果测出移动的距离为,输出相应的“冒出”或“缩进”的条纹个数，则就可以算出激光的波长(4)
利用迈克耳孙干涉原理,在全息平台上搭建一干涉光路,并对部分器具进行改造,如下图所示。将被测金属丝一端固定,一端与反射镜2的滑决相连,M2的滑块平稳安置在一光滑导轨上,增加对