韓太坤，祁玲敏

(廣東石油化工學(xué)院 理學(xué)院，廣東 茂名 525000)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)方法一般需要手工計(jì)算，往往計(jì)算量較大且過(guò)程煩瑣。學(xué)生在面對(duì)枯燥繁多的數(shù)據(jù)處理過(guò)程會(huì)容易失去學(xué)習(xí)的興趣，所以一些簡(jiǎn)單、便捷的計(jì)算機(jī)軟件受到很多教師的廣泛關(guān)注。Origin軟件是一款功能齊全、簡(jiǎn)單易學(xué)的數(shù)據(jù)分析繪圖軟件，已在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)處理中得到廣泛的應(yīng)用[1-5]。用Origin軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，計(jì)算過(guò)程和繪圖完全由計(jì)算機(jī)完成，可以有效避免人為因素所造成的誤差，方便快捷，并且與逐差法處理數(shù)據(jù)的結(jié)果非常吻合。

1 實(shí)驗(yàn)原理

Δ=2dcosθ

(1)

圖1 邁克爾遜干涉儀的光路圖

根據(jù)光的波動(dòng)理論，光的干涉相長(zhǎng)的條件可知，對(duì)于第k級(jí)亮紋需滿足下式：

Δ=2dcosθ=kλ(k=0，1，2…)

(2)

由于在同心圓圓心處θ=0，所以有

Δ=2d=kλ

(3)

當(dāng)移動(dòng)可動(dòng)反射鏡M1使間隔d增大時(shí)，圓心處的干涉級(jí)次會(huì)增加，就可以觀察到中心條紋會(huì)向外“冒”出；相反，當(dāng)d減小時(shí)，中心條紋將向內(nèi)“縮”進(jìn)去。從(3)式可知，每當(dāng)“冒出”或“縮進(jìn)”一個(gè)條紋時(shí)，兩束光的光程差就跟著改變?chǔ)?，如果變化Δn個(gè)條紋時(shí)，光程差相應(yīng)的改變?chǔ)·λ，M1移動(dòng)距離Δd時(shí)，光程差變化為2Δd，因此有：

2Δd=Δn·λ

(4)

由(4)式可得，

λ=2Δd/Δn

(5)

從(5)式可以看出，如果測(cè)出M1移動(dòng)的距離Δd，讀出與之相應(yīng)的“冒”出或“縮”進(jìn)去的圓環(huán)的個(gè)數(shù)Δn，就可以算出激光的波長(zhǎng)λ。

2 數(shù)據(jù)處理

2.1 測(cè)量結(jié)果

調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀，使其在觀察屏上能看到明顯的等傾干涉圓環(huán)。慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)微動(dòng)手輪，當(dāng)干涉圓環(huán)中心調(diào)至最亮(或最暗)，記下此時(shí)M1的位置讀數(shù)d1，沿著同一方向繼續(xù)緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，當(dāng)條紋“冒”出或“縮”進(jìn)的變化數(shù)為Δn=50時(shí)，記下M1的位置讀數(shù)d2，繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)手輪，連續(xù)讀取12個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)記錄見表1所示。

表1 數(shù)據(jù)記錄表

2.2 逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

用第n+6次的讀數(shù)dn+6和第n次的讀數(shù)dn分別相減，得

Δdn=dn+6-dn

激光的波長(zhǎng)：λ=2Δd/Δn=641.1

2.3 用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

用Origin軟件對(duì)表1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，如圖2所示。

圖2 線性擬合

擬合出的直線表達(dá)式為d=A+Bn，擬合出的直線的斜率B、截距A、相關(guān)系數(shù)R、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD等值，見表2。

表2 線性擬合結(jié)果

由表2可知，直線的斜率為0.000 320 556，由激光的波長(zhǎng)λ=2Δd/Δn,即為兩倍的斜率，所以激光的波長(zhǎng)為641.1 nm：與理論值相比較誤差為1.3%。

3 結(jié) 論

由以上分析可以看出用Origin軟件擬合的結(jié)果與用逐差法的結(jié)果非常吻合。但在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，逐差法計(jì)算量較大且過(guò)程煩瑣，比較容易出錯(cuò)；而Origin軟件進(jìn)行擬合由計(jì)算機(jī)完成，可以有效避免人為因素所造成的誤差，同時(shí)Origin軟件在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中無(wú)須編程，具有操作簡(jiǎn)便，處理數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、快速等優(yōu)點(diǎn)。在教學(xué)中Origin軟件可以有效提高學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。