研究型实验报告钠光的劳埃镜干涉实验

北航研究型实验报告劳埃镜干涉实验第页物理研究性实验报告钠光的劳埃镜干涉实验第一作者：***学号：***2012年12月15日

目录一、摘要 3二、实验目的 3三、实验原理 3四、实验仪器 5五、实验步骤 5六、实验数据 6七、数据处理 6八、实验结论 8九、讨论 8十、附录 10

=1\*CHINESENUM3一、摘要19世纪初，人们发现光有干涉、衍射和偏振等现象，这说明光具有波动性，用几何光学理论是无法解释的，由此产生了以光是波动为基础的波动光学理论。19世纪60年代，麦克斯韦建立了光的电磁理论，光的干涉、衍射和偏振现象得到了全面说明。光发生干涉现象要满足相干的条件，相干即指各光波的振动方向、振动频率以及光波之间的相位差相同，目前得到相干光的方法有分振幅法和分波阵面法，而劳埃镜干涉属于分波阵面法。而钠光由于其相关性好，可以作为劳埃镜干涉光源。=2\*CHINESENUM3二、实验目的=1\*Arabic1、熟练掌握用钠光作光源进行光路等高共轴调节的方法和技术；=2\*Arabic2、用实验研究劳埃镜干涉并测定钠光的波长；=3\*Arabic3、了解劳埃镜干涉的原理；4、如何用一元线性回归方法计算条纹间距和自变量如何选取？=4\*Arabic4、学会怎样消除视差和空程误差；=3\*CHINESENUM3三、实验原理劳埃镜实验是由一块普通的平板玻璃构成的反射镜实现分波前干涉。缝光源与反射镜面平行，来自缝光源的光向反射镜掠入射（即入射角接近90度），再从反射镜反射，这部分反射光与从直接射过来的光时从同一波前分出来的，所以它们是相干的，在两光波重叠区域内产生干涉，从观察者来看，两相干光分别来自和,是光源在反射镜中的虚像。从上图中可以看到，在屏幕上看不到波程差为零的干涉条纹，除非将屏幕移到点。又由于空气是光疏介质，玻璃板是光密介质，光波由光疏介质射向光密介质的表面时，在镜面反射过程总要产生半波损失现象，即相位突变的数值为，故在点观察到的暗点，同理在屏幕上本来是亮点的地方由于半波损失而变成了暗点。现在更具波动理论中的干涉条件来讨论光源（其中一个为虚光源和所发出的光在屏上产生的干涉条纹的分布情况。如上图，设光源与的距离为，是虚光源到屏的距离。令为屏上的任意一点，和分别为从和到点的距离，则和发出的光线到达点的路程差是：令和分别为和在屏上的投影，为的中点，并设，则从及得两式相减得又。通常较要大很多，所以近似等于，因此得光的路程差为：考虑半波损失，和发出的光线的光程差是（是光波的波长）则由干涉条件得： kλ 2k+1及明、暗纹的位置为： Da X= 2k+1由上式可知，两干涉亮纹（或暗纹）之间距离为：即该单色光源的波长为：=4\*CHINESENUM3四、实验仪器光具座，测微目镜，凸透镜，扩束镜，偏振片，可调狭缝，白屏，钠光灯=1\*Arabic1、测微目镜实验室常用的测微目镜是一种螺杆式结构，旋转读数鼓轮，螺杆便推动活动叉丝分划板沿垂直于目镜光轴方向移动，螺杆的螺距为1，转一圈，叉丝分划板就移动1，鼓轮上刻有100个分格，所以每小格读数为0.01（分度值）。影响此类测微目镜准确度的主要因素是螺杆的制造误差，即鼓轮向相反的方向转动时，螺杆不一定以相同的规律运动，由此产生空程误差，因此用测微目镜测量时要按同一个方向转动鼓轮，否则需要重新测量数据。=2\*Arabic2、偏振片偏振片是一种对两个相互垂直振动的电矢量具有不同吸收本领的光学器件。本实验中要观测激光的干涉条纹，偏振片只起控制光强保护眼睛的作用：转动偏振片，可以使透射光强在较大的范围内变化，从而得到调节。=3\*Arabic3、扩束镜扩束镜实际上是一个焦距很短的凸透镜，本实验所用的扩束镜为焦距为1凸透镜的。它可以把激光器发出的激光束（实质上是平行光）扩展成一点光源，由于焦距只有1，因此可用扩束镜到屏幕的距离代替光源到屏幕的距离。=5\*CHINESENUM3五、实验步骤调节各元件等高共轴调整狭缝与凸透镜等高共轴将狭缝紧贴钠光灯放到光具座上，接着依次放上透镜（f≈20cm）和白屏，用二次成像法使狭缝与透镜等高共轴。调整测微目镜、狭缝、和透镜等高共轴用测微目镜取代白屏，并置于距狭缝80cm位置上，进一步用二次成像法调至测微目镜叉丝和狭缝、透镜等高共轴。调整劳埃镜与其他元件共轴移去透镜，在狭缝后面放上劳埃镜，通过劳埃镜目测观察到双光源像，调整狭缝取向至两狭缝相互品行，再调整劳埃镜使双光源等亮且相距较近。干涉条纹的调整通过测微目镜进行观察，同时微微调节劳埃镜和狭缝取向，直至出现清晰的干涉条纹。波长的测量及激光干涉相同=1\*GB2⑴、测条纹间距。连续测量20个条纹的位置。如果视场内干涉条纹没有布满，可对测微目镜的水平位置略做调整；视场太暗可旋转偏振片调亮。并注意消除空程误差。=2\*GB2⑵、测量光源与的距离和观察屏到光源的距离。将凸透镜放置在光具座上，调节凸透镜在光具座上的位置，直至在测微目镜中看到清晰的双光源像，用测微目镜测量双光源像的距离（应在轮鼓正反向前进时各做一次测量）。然后记下扩束镜和测微目镜的位置。=6\*CHINESENUM3六、实验数据1、宏观实验数据狭缝位置（cm）144.51目镜位置45.23△b透镜位置（大像）从左至右读（mm）7.2811.2316.05115.43cm从右至左读（mm）7.0010.9436.058透镜位置（小像）从左至右读（mm）4.0914.9910.90070.23cm从右至左读（mm）3.2314.1120.8812、干涉图样相邻亮纹间距：单位：123456789101.1541.4421.6521.9242.1232.3912.6522.9003.1623.442111213141516171819203.6913.9504.1914.4514.7124.9335.2315.3515.8216.125△bi0.25370.25080.25190.25270.25870.25420.25790.26510.26590.2685=7\*CHINESENUM3七、数据处理=1\*Arabic1、用逐差法计算条纹间距Bi=xi+10∆x=UUU∆∆S+UUUUUUUUUUUUλU所以：U=8\*CHINESENUM3八、实验结论钠光波长的测量结果为：

λ=9\*CHINESENUM3九、讨论1、对实验教训的总结我总结的这个实验的难点：实验器材有问题钠光灯是装有底座的，但其无法放到导轨上，因为其太高了，如果放上就其他的光学元件就无法与其保持平行所以只能放在桌面上，而放在桌面上容易受到震动，钠光灯的灯罩与底座没固定，可以随意活动，出光孔可以随意摆动，这样摆动直接导致光线摆动，使同学们无法在测微目镜上观察到像，有时就是因为光线斜了，就不得不再次等高共轴调节，这样多次返工是十分浪费时间的，也是十分影响心情的。实验现象要求严格实验现象要求严格，其由于要测的20组条纹，当我们把劳埃镜放的与狭缝过近时，在有限观测长度的的测微目镜上就无法观察到足够多的条纹，而实验原理中其要求测微目镜与狭缝间隔至少80cm，这又使我们无法把测微目镜靠近狭缝，以观察到足够多的条纹。在这个实验中，我曾经多次调出的清晰条纹，但由于其数目不够（大概只有9~14条）无法进行数据处理而再次调节，但我不知道调节哪个光学元件，一不小心，动了某一个，就不管怎么调节都无法出现亮条纹了，从而前功尽弃，又得重新开始调节试验数据难以测准不知道别人的测微目镜怎么样，我的测微目镜竟然可以晃动，当我用手转动旋钮时，测微目镜在晃动，这样极大地干扰我的数据测量，最后不得不轻手轻脚的再测一遍。=2\*Arabic2、针对实验过程中难点的改进1）实验器材应该降低钠光灯的高度，使其能以合适的高度与其他的元件相匹配，还有其灯罩应该改成螺旋卡位式的，使其能转动，但又不能在震动等条件下随意转动。（1）应该加大凸透镜的焦距，从而减小实验要求的狭缝与测微目镜之间的距离，这样有利于观察到足够多的条纹。（2）实验技巧：当无法观测到足够条纹时应该加大狭缝与劳埃镜的距离，这时应该把劳埃镜轻轻往后移动，不要触摸劳埃镜，以免破坏其与狭缝的相对角度。当亮度不够时是应该看看钠光灯是否正对狭缝，还有狭缝的宽度，当宽度增大一定程度时，可以适当增加条纹亮度。3、实验中对实验器材轻拿轻放，避免震动，在用测微目镜时，固定其底座和旋紧控制螺丝，使其无法随意转动，转动旋钮时应该轻轻转动。试验数据可以通过c++编程来计算，可以有效减少人工计算，避免错误的发生，下面是我用来计算A类不确定度的主要代码：#include"stdafx.h"#include<iostream>#include<cmath>#include<iomanip>usingnamespacestd;int_tmain(intargc,_TCHAR*argv[]){ intn;cout<<”请输入数据组数”<<endl; cin>>n; doublec[100];for(inti=0;i<n;i++){cout<<”请输入第”<<i<<”组数据”<<endl;cin>>c[i];}doublemun=0;//数据和for(inti=0;i<n;i++){mun+=c[i];}doublegrade=mun/n;cout<<fixed<<setprecision(3)<<"数据平均值："<<grade<<endl;