迈克尔干涉仪详案或教案-湖南高校通用.docx

实验10. 迈克尔干涉仪 教学目的 了解迈克尔逊干涉仪的结构； 掌握迈克尔逊干涉仪的结构； 观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法； 掌握逐差法处理数据。 教学重点 1.等倾干涉的发生条件 A、平行光？不，点光源。B、薄膜上下表面平行? 薄膜厚度的变化与条纹的关系： 了解迈克尔孙干涉仪的工作原理和测量方法，光路结构和使用方法； 学会用迈克尔孙干涉仪测量光的波长，学会精密仪器的调试和读数，并了解机械传动中的空程差的问题； 教学难点 十字形光路与补偿镜：从薄膜干涉的理论，到迈克尔逊干涉仪的具体化过程； 正确使用迈克尔孙干涉仪调出清晰的干涉条纹。 课 型： 提高性实验（2学时） 教学方法： 讲解教学内容，明确其重点和难点，然后实际演示操作要点 课 件： PPT 教学手段 学生操作，随堂检查操作情况。根据学生的操作情况将容易犯错的问题做重点提示，学生可以根据操作中遇到的具体问题个别提问。 教学过程 【课前的准备】： 1.仪器设备的检查，注意要校零。 2.实验的预做（采集三组以上数据进行处理）。 3.作出数据表格设计的参考。 【课上的常规检查】 预习报告、数据表格的设计等 1 引言 迈克尔逊干涉仪的背景介绍(*引起好奇心，让人们觉得它有一定的用处，不是凭空冒出来的。知识构建学说：新知识必须挂靠在已有的知识结构上才牢靠（技能树/科技树）) 迈克尔孙干涉仪是美国物理学家A.?A.?Michelson在1881年为研究光速问题而设计的。它的问世推动了相对论的建立，并在计量技术中获得了广泛应用。例如可以用它测量光波波长、光源的相干长度、微小长度（用相干性较好的光源对较大长度也可作精密测量），还可以用它来研究温度、压力对光传播的影响等等。迈克尔孙因为这一发明荣获了1907年的诺贝尔物理奖。 迈克耳逊干涉仪是用来测定光谱，薄膜的厚度，液体的折射率等的仪器，其原理是利用分振幅法产生双光束以实现干涉，通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。 2 实验原理 迈克尔逊干涉仪是l883年美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）和莫雷（E.W.Morley）合作，为研究“以太漂移实??而设计制造出来的精密光学仪器。用它可以高度准确地测定微小长度、光的波长、透明体的折射率等。后人利用该仪器的原理，研究出了多种专用干涉仪，这些干涉仪在近代物理和近代计量技术中被广泛应用。 1.干涉仪的光学结构 迈克尔逊干涉仪的光路和结构如图10-1与10-2所示。M1、M2是一对精密磨光的平面反射镜，M1的位置是固定的，M2可沿导轨前后移动。G1、G2是厚度和折射率都完全相同的一对平行玻璃板，与M1、M2均成45°角。G1的一个表面镀有半反射、半透射膜A，使射到其上的光线分为光强度差不多相等的反射光和透射光；G1称为分光板。当光照到G1上时，在半透膜上分成相互垂直的两束光，透射光（1）射到M1，经M1反射后，透过G2，在G1的半透膜上反射后射向E；反射光（2）射到M2，经M2反射后，透过G1射向E。由于光线（2）前后共通过G1三次，而光线（1）只通过G1一次，有了G2，它们在玻璃中的光程便相等了，于是计算这两束光的光程差时，只需计算两束光在空气中的光程差就可以了，所以G2称为补偿板。当观察者从E处向G1看去时，除直接看到M2外还看到M1的像M1ˊ。于是（1）、（2）两束光如同从M2与M1ˊ反射来的，因此迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉和M1′～M2间“形成”的空气薄膜的干涉等效。 反射镜M2的移动采用蜗轮蜗杆传动系统，转动粗调手轮（2）可以实现粗调。M2移动距离的毫米数可在机体侧面的毫米刻度尺（5）上读得。通过读数窗口，在刻度盘（3）上可读到0.01mm；转动微调手轮（1）可实现微调，微调手轮的分度值为1×10-4mm。可估读到10-5mm。M1、M2背面各有3个螺钉可以用来粗调M1和M2的倾度，倾度的微调是通过调节水平微调（15）和竖直微调螺丝（16）来实现的。 2. 单色点光源的非定域干涉 本实验用He-Ne激光器作为光源（见图10-3），激光通过短焦距透镜L汇聚成一个强度很高的点光源S，射向迈克尔逊干涉仪，点光源经平面镜M2、M2反射后，相当于由 两个点光源S1ˊ和S2ˊ发出的相干光束。Sˊ是S的等效光源，是经半反射面A所成的虚像。S1′是S′经M1′所成的虚像。S2′是S′经M2所成的虚像。由图10-3可知，只要观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象，故这种干涉称为非定域干涉。如果M2与M1′严格平行，且把观察屏放在垂直于S1′和S2′的连线上，就能看到一组明暗相间的同心圆干涉环，其圆心位于S1′S2′轴线与屏的交点P0处，从图10-4可以看出P0处的光程差Δ=2d，屏上其它任意点P′或P″的光程差近似为