大学物理实验_迈克尔逊干涉仪实验

迈克尔诞步仪实验 预习提要 验 )实验原理 仪器简介 买验答 N 数理

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迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪

迈克尔逊(1852~1931)美国物理学家 主要贡献在于光谱学和度量学,获1907年诺贝尔 物理学奖。1879年通过改进博科的方法,获得光速值 为299910±50千米/秒。后利用多面镜发射法,获得光 速值为299798±4千米/秒,与现在真空光速的可靠值 即299798±03千米/秒十分接近。1880年在柏林发明 了利用干涉条纹精确测量长度或长度改变的迈克尔逊 干涉仪

迈克尔逊（1852~1931）美国物理学家 主要贡献在于光谱学和度量学，获1907年诺贝尔 物理学奖。1879年通过改进博科的方法，获得光速值 为 千米/秒。后利用多面镜发射法，获得光 速值为 千米/秒，与现在真空光速的可靠值 即 千米/秒十分接近。1880年在柏林发明 了利用干涉条纹精确测量长度或长度改变的迈克尔逊 干涉仪。 299910  50 299798  4 299798  0.3

迈克尔逊干涉仪的原理 干涉图 G1,G2是材料厚度相同的 平行板,G1为镀银半透半 M2 反镜,G2为补偿板。M1, M1 M2为平面反射镜,M2是 M2的虚象。S是光源,SP 是观察屏。可以看到M1 反射的三束光,记作1、2 3,经M2反射的两束光4 5。调整光路时候要2和4 重合。移动M1,可观察到 12 干涉条纹随之变化。平面 镜的距离增大时,中心就 “吐出”一个个圆环,距离 减小时就“吞进”一个个

迈克尔逊干涉仪的原理 G1,G2是材料厚度相同的 平行板，G1为镀银半透半 反镜，G2为补偿板。M1， M2为平面反射镜，M2’是 M2的虚象 。S是光源，SP 是 观察屏。可以看到M1 反射的三束光，记作1、2、 3，经M2反射的两束光4、 5。调整光路时候要2和4 重合。移动M1,可观察到 干涉条纹随之变化。平面 镜的距离增大时,中心就 “吐出”一个个圆环,距离 减小时就“吞进”一个个 圆环

S1 2h R 个点光源S产生的光束经干涉仪的等效空气薄膜表面M1和M2’反射后,相 于由两个虚光源S1、S2发出的相干光束(如图所示)。若原来M1、M2 上间的距离为h(即空气膜的厚度),两个虚光源81、S2之间的距离为h 然,只要M1和M2’(即M2)足够大,在点光源同侧的任一点P,在Ml M2’上总能相当于从虚光源S1和S2发出的相干光线相交于P点,从而在P 点观察到干涉现象,因而这种干涉是非定城

非定域干涉原理 若P点在某一条纹上,则该点所在条纹任意点的光程差都等于P点的光程 差Δ,而△=S1P一S2P是一个常量,表示由P点构成的曲面是回旋双曲面,回 旋轴是S1、S2连线。显然,干涉图样形状和观察屏放置位置有关,观察屏垂 直于S1S2连线时,干涉图是一组同心圆。 如果中心是亮的,那么△1=2h=m这时改变光程差, A2=22=(m+m)就有Mh=hl-h2=n1/2 所以当M1和M2之间的距离每变化半个波长中心就会 “吐出”或“吞进”一个圆环

非定域干涉原理 如果中心是亮的，那么 这时改变光程差， 就有 1= 2h1= m 2 = 2h2 = (m + n) h = h1− h2 = n 2 所以当M1和M2之间的距离每变化半个波长中心就会 “吐出”或“吞进”一个圆环

白光干涉原理 因为干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系,用白光 光源,只有在d=0附近看到干涉条纹,这时对各种波长的 光来说,其光程差均为λ/2,故产生直线黑纹,即中央 花纹,两旁是对称分布的彩色花纹 d稍大时,因对各种不同波 长的光其满足明暗条纹的 情况不同,所产生的干涉 花纹,明暗互相重叠,结 果就显不出条纹。只有用 白光才能判断出中央花纹 而利用它可定出d=0的位置

白光干涉原理 因为干涉条纹的明暗决定于光程差与波长的关系，用白光 光源，只有在d=0附近看到干涉条纹，这时对各种波长的 光来说，其光程差均为 ，故产生直线黑纹，即中央 花纹，两旁是对称分布的彩色花纹。 d稍大时，因对各种不同波 长的光其满足明暗条纹的 情况不同，所产生的干涉 花纹，明暗互相重叠，结 果就显不出条纹。只有用 白光才能判断出中央花纹， 而利用它可定出d=0的位置。  2

调节迈克尔逊干涉仪 调节M上的三个螺钉区 调节M2后面的三个螺钉,使最亮的两个点重合

调节迈克尔逊干涉仪 调节M2后面的三个螺钉，使最亮的两个点重合

实验步骤 ◆调节好干涉仪,为实验做好准备 ◆打开He-Ne激光器,调节M2上的三个螺钉,使 从小孔出射的激光束,经M1,M2反射后,在 观察屏上重合 ◆放上短焦距透镜使光源成为发散光束,在两光 程差不太大的时候,在毛玻璃上就可看到干涉 图样,调节M2后面的螺钉,可以观察到基本在 中心的圆环 ◆测量氦氖激光的波长 ◆观察白光干涉条纹

实验步骤 调节好干涉仪，为实验做好准备 打开He-Ne激光器，调节M2上的三个螺钉，使 从小孔出射的激光束，经M1，M2反射后，在 观察屏上重合 放上短焦距透镜使光源成为发散光束，在两光 程差不太大的时候，在毛玻璃上就可看到干涉 图样，调节M2后面的螺钉，可以观察到基本在 中心的圆环 测量氦氖激光的波长 观察白光干涉条纹

思考题 ◆总结迈克尔逊干涉仪调节方法和技巧 ◆推导公式A=2=2 2△d2△d△K ◆怎么样利用迈克尔干涉仪测量透明介质 的折射率 ◆怎么样利用迈克尔干涉仪测量平板玻璃 的厚度

思考题 总结迈克尔逊干涉仪调节方法和技巧 推导公式 怎么样利用迈克尔干涉仪测量透明介质 的折射率 怎么样利用迈克尔干涉仪测量平板玻璃 的厚度 d d K =  =   =      2 2 2 1 2