邁克尔逊干涉实验研究性报告.docVIP

基础物理实验研究性报告  目录 2 一、 实验原理 2 1. 迈克尔逊干涉 2 1) 迈克尔逊干涉仪的光路 2 2) 单色点光源的非定域干涉条纹 3 2. 牛顿环干涉 5 3. 劈尖干涉 6 二、 实验内容 7 1. 迈克尔逊干涉 7 1) 迈克尔逊干涉仪的调整 7 2) 点光源非定域干涉条纹的观察与测量 8 3) 数据处理 8 2. 实验2 牛顿环干涉 10 1) 干涉条纹的调整 10 2) 牛顿环直径的测量 10 3) 数据处理 10 3. 实验3 劈尖干涉 11 1) 观察劈尖干涉条纹并测量条纹间距 11 2) 数据处理 11 三、 误差分析及实验改进 13 1. 迈克尔逊干涉实验 13 1) 误差分析 13 2) 实验改进方案 14 2. 牛顿环干涉实验 14 3. 劈尖干涉实验 15 1) 误差分析 15 2) 改进方案 15 四、 实验感想 16 五、 对本学期基础物理学实验的体会和建议 16  摘要 本文以 关键词实验内容定量分析建议感想实验原理 迈克尔逊干涉仪的光路 图 1所示从光源1上将光束分为两部分一部分从1的半反射膜处反射射向平面镜2；另一部分从1透射射向平面镜1。因G1和全反射平面镜1、M2均成1、M2上从2反射回来的光透过半反射膜从1反射回来的光为半反射膜反射二者汇集成一束光在2与1平行其材料及厚度与1完全相同以补偿两束光的光程差称为补偿板 反射镜1是固定的2可以在精密导轨上前后移动以改变两束光之间的光程差1、M2的背面各有21的下方还有1。 图 1 在1中，M1’是1被1半反射膜反射所形成的的虚像对观察者而言两相干光束等价于从11和2反射而来迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同1’和2之间的空气膜所产生的干涉花纹一样若1和2平行则可视折射率相同厚度相同的薄膜单色点光源的非定域干涉条纹 图 2所示1’且相距为d，S发出的光对M2来说，如S ’发出的光，而对于E处的观察者来说，S ’如位于S2 ’一样。又由于半反射膜G的作用，M1如同处于S1 ’的位置，所以E处观察到的干涉条纹，犹如S1’、S2’发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在E空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此这一干涉为非定域干涉。 图 2 如果把观察屏放在垂直于S1’、S2’的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是S1’,、S2’的连线与屏的交点E。设E处（ES2’=L）的观察屏上，离中心E点远处某一点P，EP的距离为R，则两束光的光程差为 Ld时，展开上式并略去d2/L2，则有 式中φ是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为 2dcosφ=kλ (k=0,1,2,…) （1.2.1） 由此式可知，点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点： ①当d ②当d0，干涉圆环就在同心圆环中心处其光程差2d为最大值根据明纹条件其0，φ越大，则cosφ越小，k值越小，即对应的干涉圆环越往外，其级次k也越低。 ③当k、λ一定时，如果d逐渐减小，则cosφ将增大，即φ角逐渐减小。也就是说，同一k级条纹，当d减小时，该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩（吞）；如果d逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩（吐）。对于中央条纹，若内缩或外扩N次，则光程差变化为2Δd=Nλ.式中，Δd为d的变化量，所以有 λ=2Δd/N （1.2.2） ④设φ=0时最该级次为k0则 K02d/λ 同时在能观察到干涉条纹的视场内最外层的干涉圆环所对应的相干光的入射角为’，则最低级次为k’且 所以在视场内看到的干涉条纹总数为 (1.2.3) 当d增加时由于’一定所以条纹总数增多条纹变密 ⑤当d=0时则0，即整个干涉场内无干涉条纹见到的是一片明暗相同的视场 当d 2dcosφk=kλ 2dcosφk+1=（k+1）λ （1.2.4） 设+1－、Δφk均很小，则可证得 （1.2.5） 式中称为角距离表示相邻两圆环对应的入射光的倾角差反映圆环条纹之间的疏密程度上式表明与成反比关系即圆环条纹越往外条纹间角距离就越小条纹越密 将一曲率半径相当大的平凸透镜A放在一平面镜B的上面即构成一个牛顿环仪，如图 3所示，自然光源S发出的 光经过透镜L后成为平行光束，再经过倾斜为45°的平板玻璃M反射后，垂直地照射到平凸透镜上。入射光分别在空气层的两表面（凸透镜的下表面和平面玻璃的上表面）反射后，穿过M进入读数显微镜T，在读数显微镜中可以观察到以接触点为中心的圆环形干涉条纹——牛顿环。如果光源发出的光是单色