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实验方法与步骤

一、光路调节

进入实验程序,实验桌上只有一个迈克耳逊干涉仪。从仪器栏拖入He-Ne激光器和小孔光阑,放置好位置。双击激光器打开调节界面,点击电源开关打开电源,关闭调节界面。双击小孔光阑打开调节界面,调节高度,并注意桌面上的干涉仪,当激光恰好可以通过小孔光阑照在干涉仪上时停止调节,关闭调节窗口。

双击迈克耳逊干涉仪,点击观察屏(毛玻璃)。利用鼠标调节平面镜M2上的三个旋钮来调节其方向,使两排光点重合,如下图,关闭调节窗口。

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移除小孔光阑,从仪器栏拖入短焦透镜。双击短焦透镜,打开调节界面,调节高度,并注意桌面上的干涉仪,当激光恰好可以通过短焦透镜照在干涉仪上时停止调节,关闭调节窗口,光路调节完成。

二、等倾干涉条纹观察及记录

平面镜M1与M2严格垂直时,为等倾干涉条纹,通过上移和下移平面镜M1,使Δd增大或减小,对应条纹从中心向外“涌出”或“陷入”,观察并记录条纹的分布及变化情况。

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三、等厚干涉条纹观察及记录

M1与M2不严格垂直时,为等厚干涉条纹。在两镜面交线附近d较小,θ的影响可以略去,干涉条纹是一组平行于交线的等间隔的直线条纹;在离两镜面交线较远处d较大,θ的影响不可以略去,干涉条纹变成弧形,且条纹弯曲的方向是背向两镜面的交线,移动平面镜M1,观察并记录条纹的分布及变化情况。

四、测量He-Ne激光波长

光路调节后,可以看见干涉仪上出现明亮的等倾干涉条纹。小心的调节平面镜M2上的旋钮,使条纹的中心在毛玻璃的中心。

调节粗调旋钮,使条纹处于比较容易数清楚的粗细,然后选择一个起始位置,记下此时的读数,点击微调旋钮进行调节,当图像“吞吐”30个条纹的时候记下当前读数,连续记录几次数据。利用逐差法处理数据,借助计算器计算出He-Ne激光波长,并进行误差分析。

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五、测量钠光的波长

光路调节后,将He-Ne激光器换成Na光源,打开Na光源开关,移除短焦透镜。在迈克耳逊干涉仪大视图中,鼠标右击毛玻璃,切换观察方式为“人眼”,点击眼睛图标,打开观察窗口。

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调节粗调旋钮使干涉图像清晰,然后选择起始位置,记下此时的读数,点击微调旋钮进行调节,当图像“吞吐”30个条纹的时候记下当前读数,连续记录几组数据。利用逐差法处理数据,借助计算器计算出钠光波长,并进行误差分析。

六、测量钠光双线的波长差

转动粗调旋钮,记录从一个最不清晰状态到下一个最不清晰状态时读数的变化,连续记录几组数据。然后用逐差法处理并计算出Na光双线的波长差。

七、白光等倾干涉条纹调节

使用He-Ne激光器,调节好光路,使干涉条纹的中心位于毛玻璃的中心。然后转动粗调旋钮,使干涉条纹处于最粗的状态(此时无法看清条纹)。移除He-Ne激光器和短焦透镜,换上白光源并打开电源。

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小心调节粗调旋钮,会在观察窗口中出现彩色干涉条纹。如果条纹过粗或者过细,可以轻轻调节平面镜M2上的旋钮,使条纹处于合适的粗细,由内而外的干涉条纹排列顺序为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,观察并记录白光干涉条纹的特点。

八、白光等厚干涉条纹调节

在白光等倾干涉基础上,细心调节水平/垂直拉簧螺丝,直到整个视场条纹变成等轴双曲线形状,再小心地旋转微调手轮找到中央条纹,其两侧对称分布红、橙、黄、绿、青、蓝、紫彩色条纹,记录观察到的条纹形状和颜色分布。

九、测量玻璃薄片折射率

在上一步骤白光等倾干涉条纹调节基础上,转动微调旋钮,使中央黑褐色条纹位于视场中心,记录下当前读数。鼠标选择玻璃薄片,放置薄片,此时中央黑褐色条纹偏离了中心,调节微调旋钮使条纹再次回到视场中心,记录此时的读数。根据公式计算玻璃薄片的折射率,处理数据并进行误差分析。

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十、测量石英薄片折射率

重复上述实验步骤,鼠标选择石英薄片,放置薄片。调节微调旋钮使中央黑褐色条纹再次回到视场中心,记录此时的读数。根据公式计算石英薄片的折射率,处理数据并进行误差分析。

十一、测量空气折射率

首先重复第一步的光路调节,使用He-Ne激光器,调节好光路,使干涉条纹的中心位于毛玻璃的中心,进一步调节垂直和水平拉簧螺丝,使条纹变粗、变疏,以便测量。为了测量空气折射率,在一支光路中加入一个玻璃气室,气压表用来测量气室内气压。利用打气球向气室内打气,读出气压表指示值,然后再缓慢放气,相应地看到有条纹“吐出”或“吞进”(即前面所说的条纹变化)。当“吐出”或“吞进”60个条纹时,记录气压表读数值。然后重复前面的步骤,共取6组数据,求出移过60个条纹所对应气室内压强变化值的6次平均值,计算空气的折射率,并进行误差分析。

十二、记录数据,填写实验报告,并签名保存提交。

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