迈克尔逊干涉仪测量多物理量的精确测度

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  摘 要:利用迈克尔干涉仪器的精确性,我们用它来测量钠黄光波长以及钠黄光双线波长差,通过一定的实验原理以及试验方法,得出一定的数据,通过相应的公式计算,测量的数据比较合理。
  关键词:迈克尔干涉仪;钠黄光;波长
  引言
  1881年美国物理学家迈克尔逊为测量光速,依据分振幅产生双光束干涉的原理精心设计了这种干涉测量装置[1]。然而光作为一种波,虽然人眼可以看见,但是人眼不能够看出其具体的波长,而且钠黄光在日常生活中运用比较广泛,我们需要了解其波长以及双线波长差,以此来更好的运用其性能,因此我们通过迈克尔逊干涉仪这种精密的仪器来测量光波。
  一、迈克尔逊干涉仪测量的原理
  主要是由于光的反射与光的透射原理以及波的叠加与干涉原理,以此来测量钠黄光的波长以及双线波长差。
  G1、G2透射率完全一样的玻璃板,并且相平行,即有光线照射时G1、G2透射光与反射光光强度一样。M1、M2是两个反射镜,其精度较高,M1是固定不动的,M2可进行前后移动动,G1、G2与M1、M2角度关系如图所示。及其工作原理即为当有钠黄光照射时,从光源来的光经过G1板形成透射光与反射光,反射光射向M2。而透射光经过G2射到M1上,再从M1经G2射回到G1,其一部分的透射光在G1经过反射后射向E,而另一部分光经过G1射到M2,反射光再经G1射向E,因此两部分出现了光程差,而且从正对E处可观察到M2和M1在M2前方形成的像,因此测量的原理既是利用在迈克尔逊干涉仪中形成的干涉和M1的像与M2形成干涉等效。
  二、迈克尔逊干涉仪测量物理量的的方法步骤
  首先调节仪器。使得刻度线都处于正确的位置以及反光镜处于适当的位置,并且进行相应的检验以保证实验仪器都处于正确位置,不会对实验过程以及结果造成影响。
  其次进行钠黄光的波长测定。即将钠黄光位置应处于与G1高度相等并且在G1、G2的中心轴线上,转动粗调手轮,使M2到G1中心距离和M1到G1中心距离基本一样即可。然后去掉短焦距透镜并在G1上观察M2,就可以观察到一些明暗相间的圆环,此即为干涉圆环,如果干涉圆环看的不清楚,可继续转动手轮使M2位置有所移动。再调节M1上的旋钮使干涉环中心处于视场中央的位置,如果干涉环中心能够随视线移动,但同时干涉圆环不会冒出或者是缩进。最后调仪器零点,沿原方向,转动手轮,观察并记录下每冒出或者缩进50个干涉环时,M2的位置读数,连续测量7次,最后求平均数求出钠光平均波长。根据公式:λ=2(Lk-Lk+1)n,其中:Lk、Lk+1是M2移動前后的读数,n是冒出或者缩进的条纹数。
  最后进行钠黄光双线波长差的测定。移动M2的位置使干涉圆环中心模糊直至完全看不见,接着继续移动M2,使圆环中心再一次的模糊直至完全看不见,记下两次M2的读数,分别记为Lj与Lj+1,一共测量7次,根据公式:Δλ=λ1-λ2-λ22|Lj-Lj+1|,其中:λ1=5896nm,λ2=589nm。
  三、迈克尔逊测量物理量的相关数据以及分析
  钠黄光波长
  实验次数(k)L/mmLk-Lk+1
  136.160610.01512
  236.145490.01560
  336.129890.01459
  436.115300.01471
  536.100590.01514
  636.085450.01490
  736.07055
  Lk+1-Lk0.01501
  钠黄光双线波长差
  实验次数(j)Lj/mmLj-Lj+1
  137.978550.30225
  237.676300.28196
  337.394340.29506
  437.099280.29859
  536.800690.28448
  636.516210.29634
  736.21987
  Lj+1-Lj0.29311
  可计算出钠黄光波长为λ=600nm,钠黄光双线波长差为Δλ=0.61410nm。
  分析:对于钠黄光波长有两种,即589nm以及589.4nm。然而本次实验值为600nm,相对误差为Δ=0.0179,相对误差不是比较小,由于过程中不是完全的精确无误,设备仪器有可能存在磨损,精度不高,读数不清晰等现象。所以迈克尔逊干涉仪测量的钠黄光的波长以及双线波长差比较准确。(作者单位:南京农业大学工学院)
  参考文献:
  [1] 郑庆华,王忠全.迈克尔逊干涉实验的物理思想[A].淮南师范学院学报,2012,(5):109-111.
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