G04迈克尔逊干涉仪实验感想

G04迈克尔逊干涉仪实验感想

声明:本文章仅针对2021年基础物理实验设计考试,学弟学妹们谨慎参考。

周六下午迈克尔逊的老师(应该是张淼老师)真的很好,超级温柔,给我一大堆提示,爱了爱了

写这篇文章主要是想说一下选做实验的事情,不过既然写了,前面的感想也稍微说一下。

本篇以《北航基础物理实验考试攻略-2017修订版》为基准讨论,是对其的补充。

一、调整迈克尔逊干涉仪

相信大家应该已经在1091调整过迈克尔逊干涉仪了,上课的时候老师会再讲一遍且示范一遍,问题不大。十分钟内把现象调出来调对应该不困难吧??最后一步是放下光屏放上毛玻璃,调整拉簧使得当眼睛上下左右移动时无吞吐,给老师检查现象就算完成了。

我调整仪器的要领就一个:在脑海里进行演练,想象调整的全部步骤,如果想象不出来就去看,去问。

二、测量压电常数

电压区间相较于《攻略》修改了,不是180-550V,而是在10V-250V之间测8组数据。

在10V时记录一组数据,增大电压,每吐出来一圈就再记一组数据,一共记8组。老师跟我说理论上应该是30V一圈,也就是说基本上你只可能测出来8组数据。不过我的器材却只有20V一圈,似乎有点特别,不过老师也接受了。做完这个可以先不处理数据,可以去继续做下一个实验。

什么叫吐出来一圈?是有标准的:老师强调说要利用光屏上的黑色小刻度线,自己找到一个基准。然后在每次符合这个基准的时候记录吐出来一圈。比如说某个环外切了某条刻度线。

需要记住的公式:参考书会给你一个公式\(D_{31} = \frac{\Delta lt}{lV}\),于是你需要知道\(\Delta l = \frac{\Delta k\lambda}{2}\),再推导出可以直接用的公式\(V = \frac{\Delta k \lambda t}{2lD_{31}}\),这个实验不需要计算不确定度,做完线性回归算出\(D_{31}\)就完了。

三、测量钠双黄线波长差

如果你做过F-P干涉仪,那么原理是完全一样的,不过在F-P干涉仪里能看到清晰的镶嵌条纹,这个实验能看到两套条纹嵌套时非常模糊。你可以在消空程误差的时候顺便看一下最模糊的地方到底有多模糊,然后再在下一个最模糊的地方再开始计数,磨刀不误砍柴工。我大概拧70来下就是从一次模糊到另一次模糊,可以稍微参考一下。

需要记住的公式:\(d_k = d_0 + \Delta d k\),用来线性回归算出\(\Delta d\)然后用\(\Delta \lambda = \frac{\lambda^2}{2\Delta d}\)算出波长差(考试文档里仅给出\(\Delta \lambda = \frac{\lambda^2}{\Delta L}\),还需要一步转化。考前背的多,考试才能不发懵)。线性回归请自行学会卡西欧的用法,到时候直接输数据出答案,a类不确定度的计算公式会给,不用记。

四、计算钠光相干长度和谱线宽度

虽然据说今天早上的班仅有一个人做到了这个实验且数据不太好。不过来看这篇文章的卷王朋友们想必是有十足的信心将其拿下的。实际上我做完了这个实验还剩下了整整一个小时,让老师有意愿来捞我的选做实验。

超级简单,首先调整M2和M1'几乎重合,正确调整方法会产生的现象大家大物都学过,就是吞环,当吞环吞的几乎不剩什么环的时候就说明M2和M1‘几乎重合了,调整水平方向拉簧让等倾干涉变成等厚干涉。此时你应该看到几乎没有弧度的竖直条纹,

我觉得这里的无弧度现象不用太严格,差不多看起来无弧度就行了,因为这里这点误差相较于你要测出来的相干长度比起来微乎其微,且老师不会检查这个现象。在这里记录位置d

然后疯狂转动粗动轮(转微动轮要转到猴年马月),直到几乎不能在屏幕中观察到条纹为止,记录d'。我的实验数据d时46mm左右,d'是66mm左右,也就是说相差20mm,相干长度也就是40mm。老师最后跟我说这个数据偏大,大家可以稍微参考一下。(根据群里同学说相干长度应该是20-30mm)

做完之后给老师检查d'时的看不到条纹的现象。

需要记住的公式:相干长度公式和谱线宽度公式都会给你,仅需要基本的数学变形就可以导出《攻略》中的形式。可以不记住。

五、(选做实验)白光相干长度

《攻略》里对于计算仅仅提到了一句“同上”。但是其实根本就不一样,要不是老师看我早早做完前面的实验,想要捞我,我根本不可能做得出来。

具体步骤如下:

  1. 如《攻略》所说,使用钠灯或激光调整找M2和M1'重合的点,找到之后多转出去一些。
  2. 换成白光灯,与刚才的方向反方向转动微动轮,慢慢转,就能找到干涉条纹了。
  3. 找到条纹之后,把条纹调整到中心,调整水平拉簧(也就是调整条纹密集程度),使得恰好所有条纹都出现在视野里,且尽量分散方便你去数。
  4. 数你能看到多少条条纹,这个数,你就说是10多条就行了,比如11、13。
  5. 然后你要把这个条纹个数除以二再乘上白光平均波长(550nm),即\(L_{max} = \frac{k\bar\lambda}{2}\),来计算出相干长度\(L_{max}\)

笔者在考试的时候现推原理并把公式推错了,这里写下的应该是正确的不过并不保证是正确的,如果你认为这个公式不正确请在评论区告诉我。

总结

这个不难,公式都背熟,不需要背熟的也请看熟,在脑海演练好实验步骤,到时候按部就班做就好了,老师也很好有问题随时也可以去问。

祝愿所有不幸抽到迈克尔逊干涉仪的大家都能准备充分,鸿运当头,AK全部实验!

posted @ 2021-06-05 23:42  春日野草  阅读(2682)  评论(0编辑  收藏  举报