等厚干涉

【1】 等厚干涉:
定义薄膜干涉的一种,光程差是薄膜厚度的函数,薄膜厚度相等点的光程差相同,干涉条纹是同一级。干涉条纹形状与薄膜等厚线相同。
示意图

极大极小条件
光程差
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特征:
1>对于劈尖薄膜干涉:

2>牛顿环:

干涉条纹形状与薄膜等厚线相同。
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【2】 牛顿环的历史
牛顿在1675年首先观察到的.将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上,用单光照射透镜与玻璃板,就可以观察到一些明暗相间的同心圆环.圆环分布是中间疏、边缘密,圆心在接触点O.从反射光看到的牛顿环中心是暗的,从透射光看到的牛顿环中心是明的.若用白光入射.将观察到彩圆环.牛顿环是典型的等厚薄膜干涉.
牛顿环实验是这样的:取来两块玻璃体,一块是14英尺望远镜用的平凸镜,另一块是50英
尺左右望远镜用的大型双凸透镜。在双凸透镜上放上平凸镜,使其平面向下,当把玻璃体互相压紧时,就会在围绕着接触点的周围出现各种颜,形成环。于是这些颜又在圆环中心相继消失。在压紧玻璃体时,在别的颜中心最后现出的颜,初次出现时看起来像是一个从周边到中心几乎均匀的环,再压紧玻璃体时,这环会逐渐变宽,直到新的颜在其中心现出。如此继续下去,第三、第四、第五种以及跟着的别种颜不断在中心现出,并成为包在最内层颜外面的一组环,最后一种颜是黑点。反之,如果抬起上面的玻璃体,使其离开下面的透镜,环的直径就会偏小,其周边宽度则增大,直到其颜陆续到达中心,后来它们的宽度变得相当大,就比以前更容易认出和训别它们的颜了。
牛顿测量了六个环的半径(在其最亮的部分测量),发现这样一个规律:亮环半径的平方值是一个由奇数所构成的算术级数,即1、3、5、7、9、11,而暗环半径的平方值是由偶数构成的算术级数,即2、4、6、8、10、12。例凸透镜与平板玻璃在接触点附近的横断面,水平轴画出了用整数平方根标的距离:√1=1√2=1.41,√3=1.73,√4=2,√5=2.24等等。在这些距离处,牛顿观察到交替出现的光的极大值和极小值。从图中看到,两玻璃之间的垂直距离是按简单的算术级数,1、2、3、4、5、6……增大的。这样,知道了凸透镜的半径
后,就很容易算出暗环和亮环处的空气层厚度,牛顿当时测量的情况是这样的:用垂直入射的光线得到的第一个暗环的最暗部分的空气层厚度为1/189000英寸,将这个厚度的一半乘以级数1、3、5、7、9、11,就可以给出所有亮环的最亮部分的空气层厚度,即为1/178000,3/178000,5/178000,7/178000……它们的算术平均值2/178000,4/178000,6/178000……等则是暗环最暗部分的空气层厚度。牛顿环装置产生的干涉暗环半径为√(kRλ) ,其中k=0,1,2…… 牛顿还用水代替空气,从而观察到环的半径将减小。他不仅观察了白光的干涉条纹,而且还观察了单光所呈现的明间相间的干涉条纹。按理说,牛顿环乃是光的波动性的最好证明之一,可牛顿却不从实际出发,而是从他所信奉的微粒说出发来解释牛顿环的形成。他认为光是一束通过窨高速运动的粒子流,因此为了解释牛顿环的出现,他提出了一个“一阵容易反射,一阵容易透射”的复杂理论。根据这一理论,他认为;“每条光线在通过任何折射面时都要进入某种短暂的状态,这种状态在光线得进过程中每隔一定时间又复原,并在每次复原时倾向于使光线容易透过下一个折射面,在两次复原之间,则容易被下一个折射面的反射。”他还把每次返回和下一次返回之间所经过的距离称为“阵发的间隔”。实际上,牛顿在这里所说的“阵发的间隔”就是波动中所说的“波长”。为什么会这样呢?牛顿却含糊地说:“至于这是什么作用或倾向,它就是光线
的圆圈运动或振动,还是介质或别的什么东西的圆圈运动或振动,我这里就不去探讨了。”
牛顿虽然发现了牛顿环,并做了精确的定量测定,可以说已经走到了光的波动说的边缘,但由于过分偏爱他的微粒说,始终无法正确解释这个现象。事实上,这个实验倒可以成为光的波动说的有力证据之一。直到19世纪初,英国科学家托马斯·杨才用光的波动说完满地解释了牛顿环实验。
【3】 确定度:
1> 分类:
不确定度分为“A”类与“B”类,仅为讨论方便,并不意味着两类评定之间存在本质上的区别。
A类不确定度是由一组观测得到的频率分布导出的概率密度函数得出:B类不确定度则是基于对一个事件发生的信任程度。它们都基于概率分布,并都用方差或标准差表征。两类不确定度不存在那一类较为可靠的问题。一般来说,A类比B类较为客观,并具有统计学上的严格性。测量的独立性、是否处于统计控制状态和测量次数决定A类不确定度的可靠性。
        A —— 多次重复测量时用统计学方法估算
        B ——用其他方法(非统计学方法)评定
A”、“B”两类不确定度与“随机误差”与“系统误差”的分类之间不存在简单的对应关系。“随机”与“系统”表示误差的两种不同的性质,“A”类与“B”类表示不确定度的两种不同的评定方法。随机误差与系统误差的合成是没有确定的原则可遵循的,造成对实验结果处理时的差异和混乱。而A类不确定度与B内孔撑圆涨紧夹具类不确定度在合成时均采用标准不确定度。
2> 计算方法:
假定对一个量进行了n次测量,测得的值为yi (i =1, 2n),可以用多次测量的算术平均值作为被测量的最佳估计值(假定无系统误差)用标准偏差 s 表示测得值的分散性s按贝塞耳公式求出: s大,表示测得值很分散,随机误差分布范围宽,测量的精密度低; s小,表示测得值很密集,随机误差分布范围窄,测量的精密度高。
这两类分量在相同置信概率下用方和根方法合成总不确定度:


管状电机3> 不确定度与误差的关系
1. 误差与不确定度在定义上的区别
安全传输误差定义是测量值与真值之差,是一个确定值,但真值是一个理想的概念,真值的传统定义为:当某量能被完善地确定并能而且已经排除了所有测量上的期限时,通过测量所得到的量值。真值虽然客观存在,但通过测量却得不出,(因为测量过程中总会有不完善之处,因此一般情况下不能计算误差,只有少数情况下,可以用准确度足够高的实际值来作为量的约定真值,即对明确的量赋予的值,有时叫最佳估计值、约定值或参考值,这时才能计算误差。)误差也就无法知道。而误差加前缀的名词如标准误差,极限误差等其值是可以估算的,但它们表示的是测量结果的不确定性,与误差定义并不一致。测量不确定度是测量结果带有的一个参数,用以表征合理赋予被测量值的分散性,它是被测量真值在某一个量值范围内的一个评定。显然,不确定度表述的是可观测量——测量结果及其变化,而误差表述的是不可知量——真值与误差,所以,从定义上看不确定度比误差科学合理。
2. 误差理论与不确定度原理在分类上的区别
以往计算误差时,首先要分清该项误差属于随机误差还是系统误差。随机误差是在同一量的多次测量中以不可预知的方式变化测量误差分量。电表轴承的摩擦力变动、螺旋测微计
测力在一定范围内随机变化、操作读数时在一定范围内变动的视差影响、数字仪表末位取整数时的随机舍入过程等,都会产生一定的随机误差分量。VIM93中随机误差的定义为:测量结果与在重复性条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。(重复性条件包括:相同的测量程序;相同的观测者;在相同的条件下使用相同的测量仪器;相同地点;在短时间内重复测量)。随机误差分量是测量误差的一部分,其大小和符号虽然不知道,但在同一量的多次测量中,它们的分布常常满足一定的统计规律。系统误差:在同一被测量的多次测量过程中,保持恒定或以可预知方式变化的测量误差分量称为系统误差,简称系差。系统误差包括已定系统误差和未定系统误差。已定系统误差是指符号和绝对值已经确定的误差分量。测量中应尽量消除已定系统误差,或对测量结果进行修正,得到已修正结果。修正公式为 : 已修正测量结果=测得值(或其平均值)— 已定系统误差。未定系统误差是指符号或绝对值未经确定的系统分量。通过方案选择、参数设计、计量器具校准、环境条件控制、计算方法改进等环节来减小未定系差的限值。因此随机误差是符合概率分布的,而系统误差经过校正后,其剩余的系统误差按原误差理论一般认为不具有概率分布。因此,实验教材在数据处理时只能将随机误差和系统误差分开计算。但在实际测量时,有相当多的情形很难区分误差的性质是“随机”的还是“系统”的,而且有的误
差还具有“随机”和“系统”两重性。例如用千分尺测量钢丝直径,测的是不同位置的直径,测量误差应属系统误差,但多次测量数据又具有统计性质,说明测量又有随机误差。又如磁电式电表,其准确度等级误差是系统误差和随机误差的综合,一般无法将它们分开计算。而不确定度取消了“随机”和“系统”的分类方法,它把不确定度评定分为由观测列的统计分析评定的不确定度(A类不确定度)和由非统计分析评定的不确定度(B类不确定度)。这样的分类方法可使初、中级实验人员在处理实验数据时免除由于难以分清误差的“随机”和“系统”性而带来的困惑,使实验结果的不确定度易学可行。
3. 误差理论虽然是客观存在的,但不能准确得到,它是属于理想条件下的一个定性的概念,反映测量误差大小的术语准确度也是一个定性的概念。误差是不以人的认识程度而改变的客观存在,而测量不确定度与人们对被测量和影响及测量过程的认识有关。测量不确定度表征合理地赋予被测量之间的分散性,是与测量结果相联系的参数。它反映了测量结果不能被肯定的程度,同时它是一个物理量,可以定量表示。不确定度是误差理论发展和完善的产物,是建立在概率论和统计学基础上的新概念,目的是为了澄清一些模糊的概念从而便于使用。测量不确定度反映的是对测量结果的不可信程度,是可以根据试验、资料、经验等信息定量评定的量。

本文发布于:2024-09-22 18:28:08,感谢您对本站的认可!

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