一、实验现象描述与解释
(1)调节激光水平:将小孔光阑靠近激光器,调节光阑的位置及高度,使得激光穿过小孔。保持光阑高度不变,将该光阑沿着激光方向远离激光器移动一段距离,观察能否仅通过微调光阑的位置而使激光仍然通过小孔。如果激光点总在小孔上方,说明激光器上仰,将激光器稍微向下掰;反之如果激光点总在小孔下方,说明激光器下俯,将激光器稍微向上掰。再将光阑移近激光器重复上述步骤,直至移远遮光板后,仅通过微调光阑的位置能使激光仍然通过小孔,则激光水平。
(2)调节螺丝:把固定镜M2的两个微动螺丝放在中间位置,以便往两头都有调节余地。把M1镜及M2镜后的3个小螺钉拧合适,使3个螺钉受力情况差不多,不要过松或过紧。
(3)令水平的激光束垂直于导轨且射到M2的中央部位,然后在光源前面放小孔光阑,使光束通过小孔射到M2上。此时能在光阑朝向干涉仪的一面看到两排光点,每排有3个,都
是中间的光点最亮。用纸片遮住M1,只剩一排光点,调节M2后面的3个螺钉,使这排光点中间的最亮点和小孔重合。取下遮挡M1的纸片遮挡M2,光阑上变成另一排光点,调节M白光干涉1后面的3个螺钉,使这排光点中间的最亮点和小孔重合。这时M1和M2’基本互相平行。
2.非定域干涉圆条纹和椭圆条纹的调节步骤,圆条纹的变化规律及解释。(对应教材P258页【实验内容】2-(2)-)部分。 (1)调节步骤
在光阑和分束板间加一短焦距的小透镜,使光束会聚为一点光源,且均匀照亮M2,将观察屏转至竖直向上接收干涉条纹。
仔细调节M2的两个微动螺丝,在屏上可以看到非定域的圆条纹,但只是若干圆弧。
调节粗调手轮使M1镜移动,屏上出现完整的圆条纹。(如图1) 以接收屏的竖直中线为轴旋转90°以内,屏上出现椭圆条纹。(如图2)
图1 图2
(2)变化规律及解释
变化规律:顺时针转动粗调手轮,圆条纹“吞”,判断得出M1和M2’之间的距离d在变小,并且观察到圆条纹变粗、变疏,某一特定级次为k的干涉条纹的半径rk减小。逆时针转动粗调手轮,圆条纹“吐”,判断得出d在变大,并且观察到圆条纹变细、变密,某一特定级次为k的干涉条纹的半径rk增大。
解释:顺时针转动粗调手轮,手轮上方玻璃窗的刻度数值变大,M1比M2’靠近分束镜,得出M1和M酒炮2’之间的距离d变小,由知,当d减小时,rk也减小,看见条纹“吞”的现象。由知,d越小,越大,条纹越稀疏。逆时针转动粗调手轮时同理。
3.非定域直条纹和双曲条纹的调节方法。
(1)顺时针旋转粗调手轮,至圆条纹最为粗而疏且在屏幕中心,或者接收屏上为红光斑,此时M1、M2大致重合(也是像S1、S2’大致重合)。调节M2水平方向的微动螺丝,得到直条纹。(如图3)
(2)在(1)的基础上,顺时针转动粗调手轮,得((((的双曲线,逆时针转动粗调手轮,得))))的双曲线。(如图4)
图3 图4
4.定域干涉等倾条纹的调节方法,等倾条纹的变化规律及解释。
(1)调节方法
将毛玻璃放在扩束透镜和分束板之间。
在屏幕中心调出最为粗而疏的非定域干涉圆条纹,将接收屏旋转下去,用聚焦到无穷远的眼睛代替屏幕作接收器,可看到圆条纹。
耐心调节M2的两个微动螺丝,直到眼睛上下左右移动时,各圆的大小不变,圆心不“吞”也不“吐”,而仅仅是圆心随眼睛的移动而移动。就得到等倾条纹。
(2)变化规律及解释
变化规律:顺时针转动粗调手轮,圆条纹“吐”,判断得出d在变大,并且观察到圆条纹变细、变密,某一特定级次为k的干涉条纹的的半径rk增大。逆时针转动粗调手轮,圆条纹“吞”,判断得出d在变小,并且观察到圆条纹变粗、变疏,某一特定级次为k的干涉条纹的的半径rk减小。
解释:顺时针转动粗调手轮,手轮上方玻璃窗的刻度数值变大,M1比M2’远离分束镜,得出M1和M2’之间的距离d变大,由知,一定时,d越大,越小,条纹将随着d的增大而变细密。由知,当移动M1使d增加时,圆心处条纹的干涉级次越来越高,所以可看见圆条纹一个一个从中心“吐”出来。逆时针转动粗调手轮时解释同理。
5.定域干涉等厚条纹的调节方法,等厚条纹的变化规律及解释。
(1)调节方法及变化规律
将毛玻璃放在扩束透镜和分束板之间。
在屏幕中心调出最为粗而疏的非定域干涉圆条纹,调节M2的两个微动螺丝使M1和M2’有一很小夹角。
转动粗调手轮,使弯曲条纹往圆心方向移动,视场中出现直线干涉条纹。再转动粗调手轮移动M1镜,观察到干涉条纹从弯曲变直再变弯曲。
(2)解释
经M1、M2’反射的两光束的光程差,在M1和M2’的交棱附近,中的第二项dθ²可以忽略,光程差主要决定于厚度d,所以在空气楔上厚度相同的地方光程差相同,观察到的干涉条纹是平行于两镜交棱的等间隔的直线条纹。在远离交棱处,dθ²项的作用不能忽视,而同一根干涉条纹上光程差相等,为使,必须用增大d来补偿由于θ的增大而引起的光程差的减小,所以干涉条纹在θ逐渐增大的地方要向d增大的方向移动,使得干涉条纹逐渐变成弧形,而且条纹弯曲的方向是凸向两镜交棱的方向。
6.白光等厚干涉条纹的调节方法及干涉条纹的现象描述。
(1)调节方法橡胶还原剂
在干涉条纹变直的附近(屏内有6-7条直条纹),再加上白光光源(激光仍存在)。转下接收屏,转动粗调手轮使M1镜继续沿原方向很缓慢地移动,直到视场中出现彩条纹为止。
水银滑环(2)现象描述(如图5)
彩条纹的对称中心就是M1与M2’的交线。此时M1镜的位置d0=33.00430mm,它就是M1与M2’重合位置即等光程处。
图5
二、空气折射率的测量
原始数据:
D=4.00cm 632.8nm N=4
p1(kPa) | p2(kPa) | p(kPa) |
16.5 | 27.6 | 镜片镀膜11.1 |
17.8 | 30.3 | 12.5 |
10.1 | 21.9 | 11.8 |
20.8 | 32.4 | 11.6 |
29.1 | 41.0 | 11.9 |
| | |
=1.78kPa
利用公式算出空气折射率n:
三、压电陶瓷的压电常量的测量
原始数据:
L=46mm t=1.0mm =632.8nm
Uf(V) | -53.6 | -26.1 | -1.5 | 21.7 | 47.0 | 64.5 |
△L(nm) | 0 | 316.4 | 632.8 | 949.2 | 1265.6 | 1582.0 |
| | | | | | | 毛刷制作
利用线性拟合(见图6)算出压电常量d12:
图6
由,得
得出
不确定度计算:(认为L、t、都精确)
设
=0.0752(V/nm)
相关系数=0.9983
来自拟合:(V/nm)