法布里-珀罗干涉仪是一种利用光的干涉现象来测量光波波长以及两个反射镜面之间距离的精密光学仪器。在1997年的论文中,桂维玲提出了在法布里-珀罗干涉仪实验中使用回归法处理数据的新方法,以取代传统的求平均值法。这种方法的提出,是基于对现行教材中数据处理方法的反思和对实验误差的深入分析。
现行教材中,法布里-珀罗干涉仪实验的数据处理通常使用以下公式:d = λ/2 * (r_m2^2 - r_m1^2) / (2Δr),其中d是两块玻璃片的间隔距离,λ是入射光的波长,r_m1和r_m2分别是第m1圈和第m2圈亮纹的半径,Δr是相邻亮纹半径之差。该公式需要通过测量多组亮纹的半径,计算出多个r_m2 - r_m1值的平均值,再将此平均值代入公式求出d。
然而,桂维玲指出,现行数据处理方法存在的问题在于测量时得到的每组r_m2 - r_m1值的误差并不相同,直接求平均值的方法是假设这些误差都是等精度的,这是不合适的。因为每次测量的亮纹半径r_m1和r_m2都会存在一定的误差,这些误差应当与对应测量的半径值有关,且不同测量值的误差大小也不尽相同,因此误差处理应当是基于不等精度的测量。
对此,桂维玲提出了一种基于线性回归分析的处理方法。通过设定从中心往外数的第一圈亮环的干涉级次为P1,对于第j圈亮环的干涉级次为Pj,可以建立一个线性关系式:2dcosθ = (P1 - j + 1)λ,其中θ是入射光与反射面的夹角。通过测量不同j值对应的干涉环半径,可以得到一组j和r的实验数据,将这些数据代入线性回归方程中,利用统计学原理求解斜率d和截距A,并计算出它们的误差。最终,可以得到两玻璃片间隔d的精确值及其误差Sd。
与传统方法相比,回归法的优点在于它能更加准确地反映数据间的线性关系,同时考虑到测量误差的不均匀性,对于非等精度的测量数据提供了更加合适的处理方式。回归法通过最小二乘法原理求解得到的斜率d和截距A,可以减少随机误差的影响,从而得到更加精确的物理量。
桂维玲的研究表明,回归法不仅从理论上更精确和规范,而且对于学生学习误差理论和掌握实验技巧具有重要的教育意义。通过对实验数据进行恰当的数学处理,不仅可以提高实验的准确度,还能帮助学生更好地理解实验数据背后的物理意义。
此外,文章还提到了全民健身计划的推广和实施,以及对普通高校体育教学改革的设想,指出了深化高校体育改革的重要性,强调了培养学生的体育意识和体育习惯的必要性,强调了高校体育教学应当与全民健身计划相接轨,为培养跨世纪的优秀科技人才做出贡献。
文章列举了几篇参考文献,这些文献对于理解数据处理方法和法布里-珀罗干涉仪实验的背景具有重要的参考价值。其中龚镇雄的《普通物理实验中的数据处理》和杨述武的《普通物理实验》两书,为物理实验教学提供了重要的理论指导和实际操作参考。通过参考这些文献,可以更深入地理解实验数据处理的意义和方法,并在实验中应用更精确的数据分析技术。