北航物理实验-全息照相研究性报告(3)

iii 材料材质  

不同的材质对于光的吸收和色散性能不一样，因而得到的干涉图

样对原图样的反映能力不一样。两束光一比四的光强比难以精确得

到满足。  

3 测量金属弹性模量定性分析  

i 铝板不稳定性  

测量金属般的弹性模量在施加载荷前后都需要保证铝板的稳定

性。因为最终的干涉条纹是将铝板的变形产生一个放大的效果，将

会对干涉条纹间距产生较大的影响，严重的情况可能使干涉条纹模

糊不清进而无法进行测量。  

ii

iii

环境不稳定性  冲洗底片  

冲洗时间应该把握恰当，冲洗完成后应该用电吹风将干板迅速吹

干。冲洗不充分：导致脱水不充分也会使硬币成像不清晰，冲洗时

间过长：使全息干板发黑，影响再现效果。同时，显影液放在敞口

的烧杯中，对于显影液本身的性质也会产生影响。  

iv 视觉误差  

本实验要求测量各级明纹的中心处坐标，而由于人的视觉的局限，

做到完全测量精准十分困难，因此存在不少的偶然误差。也是本实

验最重要的误差来源。减小误差的方法为多差量几条明暗线之间的

间距，取平均值。  

4 测量金属弹性模量定量分析  

i 钢尺测量误差  

实验中要求使用钢尺测量，鉴于钢尺精度较低，很难满足对光学

实验的精度要求，故产生一定的仪器误差。实验使用的钢尺仪器误

差限Δ仪=0.5mm，对应的

ub(

x1)==0.288675mm  B类不确定度为

ii 理论公式近似误差  

2理论计算中，对于表达式E=Fyx(3L x)(cosα+cosβ)α、6Jkλ，

β均以近似为0计算。这就产生了一定的系统误差。实际上α、β

均不为零，只是由于二者值极小，取0近似计算时产生的误差不大。  

从分析的角度看，一般α、β的值不超过2度，那么公式引起的误

差约为（令Δα=Δβ=Δθ=3o）：  

4Fyx2 EΔE=Δθ=(3L x)sinθΔθ=0.056949Gpa3 θkλbh

此误差很小，对结果影响不大，可以忽略。

iii 铝板安装方位误差误差  

实验要求铝板竖直放置，并且要求施力方向与梁轴线方向垂直，

但实际上很难严格控制，加载时难免有些许偏差，这样梁实际上处

于弯压组合变形状态，实际给悬臂梁垂直于轴线方向的力为

Fycosθ，假设加力方向有2度偏角，如果继续按照经典梁位移公

式计算，则引起的误差约为：  

ΔE=4Fyx2

kλbhoo(3L x)(1 cos2)=E(1 cos2)=0.040936Gpa  3

iv 铝板受力不均带来的误差  

按照材料力学中悬臂梁的相关公式，  

PL0.15×0.0701×6 3=×10kPa=539.01349kPa2Wz0.0405×0.0017  

在互联网上查找相关资料，此种情况下铝板受力时，施力点存在

应力集中，这会影响干涉条纹的细部形状，端部应力最大，为

556.393kPa。  

则（556.3963-­‐539.013）/556.393=3.12％  

而集中应力是导致铝板上应力的不均匀分布，反应到观察结果上

表现为干涉的命案条纹在应力集中处会有弯折。

为减小此处应力带

来的误差，可以避免选择此处的明暗条纹进行测量。应力集中对其

周围其他较远区域条纹分布的影响相当小，此时可以忽略。红色区

域代表应力集中区域，可以看出，其影响范围较小，可以在测量时

主动避免。  

v 铝板受力与变形分析的数值仿真验证  

查阅资料得，铝板所受的内应力分布图像：  

由图像可以看出，当力水平作用在底部时，顶部的弯矩最大。

从材料力学的方法进行分析。由受力平衡，设分析点距离低端的距

离为y  

则水平方向受力平衡： !=mg  

对铝板，合弯矩为零：M=mgy  

由以上二式可以看到，剪切力分布在竖直方向上的分布不变，弯

矩分布随着y的增大而变大，顶端弯矩最大。弯矩由内应力产生，

与位移成正比，故一越大，铝板的变形越量越大。这与实际观察到

的效果相符合。即表现在相邻亮纹或暗纹之间的距离增大。理论结

果与观测结果很好的相符合。  

八 、实验改进建议  

1 提升稳定性  

因为干涉图样是对变形的方法效果，一点点的变形都会导致很大干

涉图样的改变。在实验过程中，应该尽量保持工作台以及工作台上个元件的稳定性。在实验中我发现，底端因为磁性底盘的作用可以很好

的固定住，但是上端的反射镜、扩束镜会因为用螺丝固定，在一定程

度上稳定性无法得到保障。将各光学元件夹持稳定，将被照物体粘牢在载物台上或夹紧在架上，将曝光定时器离开全息台放置。由于气流通过光路，声波干扰以及温度变化都会引起周围空气密度的变化，因此，在准备拍摄前必须远离全息台，保持安静，静止一段时间再开始曝光。在曝光期间尽量保持安静，曝光后再静等20s以上，才能取下干板。固定被摄物，做到拍摄过程中被摄物没有转动和平移。  

2 改变铝板夹子  

铝板实验时使用的纸片夹子有一定缺陷，它使得铝板和干板的距离

上下不一致。可以考虑把纸板换成中间镂空的长方形板，这样铝板和玻璃片的距离上下一致，能得到更好的干涉效果。  

3 改变小垫块  

在两次曝光法测定金属板的弹性模量实验中，由于小垫块的使用使

实验产生了较大的误差。小垫块由于材质原因会产生较大的形变，所以可以改换用一种不易产生形变的材料来作为小垫块进行该实验。  

4 改变实验物体材质  

本实验使用的一元硬币和小玩具，而光线在两者表面均发生漫反射，从而和参考光相干涉的物光就很少。可以考虑使用反射效果更强的面料的玩具，以增强干涉效果。  

5 增强冲影效果  

本实验用不同质量分数的异丙酮进行脱水，因而需要保证丙酮的有

效性，不能让其失效。同时应将显影液保存在暗处，冲洗时同样应在暗处进行。  

九 、实验感想及体会  

通过本次实验，我们基本掌握了全息照片的简单拍摄方法。刚开始做实验的时候，因为没有见过实物，只在书上看到过示意图，所以刚面对各种实验仪器的时候一无所措。但是老师很快解除了我们心中的顾虑，老师亲自为我们演示了一遍实验的流程，并且着重强调了实验中的一些注意事项，这为我们后来顺利的完成实验打下了坚实的基础。同时，本次实验是两人一组，

一定程度上锻炼了我们的团队协作能力，而且提高了实验的效率。  

 物理实验让我们体会到，科研需要严谨的思维，需要认真思考，每一步都要严谨，不然就会产生不该产生的误差影响最终的数据结果，或导致实验失败。  

实验完成之后自然是数据处理和实验报告。实验数据是对实验定量分析的依据，是探索、验证物理规律的第一手资料。在系统误差一定的情况下，实验数据处理得恰当与否，会直接影响偶然误差的大小。所以对实验数据的处理也是实验的重要内容之一。  

参考文献  

[1] 李朝荣徐平唐芳王慕冰.基础物理实验.北京航空航天大学出版社2010。

[2] 杨国光.近代光学测试技术. …… 此处隐藏：1172字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……