迈克尔逊干涉仪原理实验 由△d求出波长的公式

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迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
&&普通物理学简明教程配套实验书中迈克尔逊干涉仪的使用实验
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你可能喜欢&【实验简介】&/迈克尔逊干涉实验
&&&&1801年英国医生托马斯o杨做出了第一个观察光的干涉现象的实验——光的双缝干涉实验，并
成功地测出了红光和紫光波长，奠定了光的波动性的实验基础。按照经典力学的理论，光既然是
一种波动，就一定要靠介质才能传播。于是，人们提出了所谓光的以太假说。为了探测以太的存
在，1880年，迈克尔逊在柏林大学的实验室开始筹划用干涉方法测量以太漂移速度的实
验。之后，迈克尔逊精心设计了著名的迈克尔逊干涉装置，进行了耐心的实验测量。直到1887年
7月也没能得到理论预期的以太漂移的结果，为最终否定以太假说奠定了坚实的实验基础，为爱因
斯坦建立狭义相对论开辟了道路。后来，人们利用装置的原理制成了迈克尔逊干涉仪，并用于研
究光的精细结构和长度标准校准。迈克尔干涉仪是用分振幅的方法实现干涉的光学仪器，它设计
巧妙，包含极为丰富的实验思想，在物理学发展中具有重大的历史意义，而且得到了十分广泛的
应用。例如，可以观察各种不同几何形状、不同定域状态的干涉条纹；研究光源的
；测量气体、固体的折射率；进行微小长度测量等；在物理实验教学中因对训练学生的实验操作
能力具有重要作用而受到高度重视。
【实验目的】&/迈克尔逊干涉实验
1.了解迈克尔逊干涉仪的干涉原理和调节方法。&
2.测量单色光的波长。&
【实验原理】&/迈克尔逊干涉实验
&&&图17-2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G１又称为分光板。G２也是平行平面玻璃板，与G１平行放置，厚度和折射率均与G１相同。由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G１次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。&
从扩展光源S射来的光在G１处分成两部分，反射光⑴经G１反射后向着M２前进，透射光⑵透过G１向着M１前进，这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各自的返回，最后都达到E处。因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。&
播放原理演示
由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M１′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射。由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。&
当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的。一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹()。&
&2.单色光波长的测定&
用波长为λ的单时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为&
Δ＝2dcos&i&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(17-1)&
其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。对于第k条纹，则有&
2dcos&iｋ＝kλ&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(17-2)&
当M２和M１′的间距d逐渐增大时，对任一级干涉条纹，例如k级，必定是以减少cosiｋ的值来满足式(5-6)的，故该干涉向iｋ变大(cos&iｋ值变小)的方向移动，即向外扩展。这时，观察者将看到条纹好像从中心向外“涌出”，且每当间距d增加λ/2时，就有一个条纹涌出。反之，当间距由大逐渐变小时，最靠近中心的条纹将一个一个地“陷入”中心，且每陷入一个条纹，间距的改变亦为λ/2。&
因此，当M2镜移动时，若有N个条纹陷入中心，则表明M２相对于M１移近了&
Δd＝N&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(17-3)&
反之，若有N个条纹从中心涌出来时，则表明M２相对于M１移远了同样的距离。&
如果精确地测出M２移动的距离Δd，则可由式(17-3)计算出入射光波的波长。&
3.测量钠光的双线波长差Δλ&
钠光2条强谱线的波长分别为λ１＝589.0&nm和λ２＝589.6&nm，移动M２，当光程差满足两列光波⑴和⑵的光程差恰为λ１的整数倍，而同时又为λ２的半整数倍，即&
Δk１λ１＝(k２＋)λ２&
这时λ１光波生成亮环的地方，恰好是λ２光波生成暗环的地方。如果两列光波的强度相等，则在此处干涉条纹的视见度应为零(即条纹消失)。那么中相邻的2次视见度为零时，光程差的变化应为&
ΔL＝kλ１＝(k＋1)λ２　　(k为一较大整数)&
λ１－λ２＝＝&
Δλ=λ１－λ２＝＝&
式中λ为λ１、λ２的。&
对于视场中心来说，设M２镜在相继2次视见度为零时移动距离为Δd，则光程差的变化ΔL应等于2Δd，所以&
Δλ＝　　　　　　　　&　(17-4)&
对钠光＝589.3&nm，如果测出在相继2次视见度最小时，M２镜移动的距离Δd&,就可以由式(17-4&)求得钠光D双线的波长差。&
4.点光源的现象&
激光器发出的光，经凸透镜L后会聚S点。S点可看做一点光源，经G１(G１未画)、M１、M２′的反射，也等效于沿轴向分布的2个虚光源S１′、S２′所产生的干涉。因S１′、S２′发出的球面波在相遇空间处处相干，所以观察屏E放在不同位置上，则可看到不同形状的干涉条纹，故称为非定域干涉。当E垂直于轴线时(见图5-8)，调整M１和M２的方位也可观察到等倾、条纹，其干涉条纹的形成和特点与用钠光照明情况相同，此处不再赘述。&
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迈克尔逊干涉仪
| 习题 | 仪器使用维护方法 | 问题交流
迈克尔逊干涉仪是利用干涉条纹精确测定长度或长度改变的仪器.它是迈克尔逊在1881年设计成功的。迈克尔逊和莫雷应用该仪器进行了测定以太风的著名实验.后人根据此种干涉仪研制出各种具有实用价值的干涉仪。

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