迈克尔逊干涉仪实验报告思考题.docx
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迈克尔逊干涉仪实验报告思考题
迈克尔逊干涉仪实验报告思考题
篇一：
迈克尔逊干涉仪实验思考题
1.实验中毛玻璃起什么作用？
为什么观察等倾干涉条纹要用通过毛玻璃的光来照明？
等倾干涉的条纹级次只与入射光的角度相关（因为d不变），不同入射角对应不同的光程差，相同入射角对于相同光程差，也就对于相同的明暗条纹，与光源的位置无关，因此面光源照明时，面光源上各个点源都形成一套条纹且条纹明暗大小一致而且互不错位，它们的非相干叠加的结果是使条纹的明暗对比增强，利于观测。
?
?
目前实验的光源一般为激光器，用它产生等倾条纹时，人们嫌它发出的激
光方向性太好，不能呈现完满的等倾条纹，为此在光路中有意加入毛玻璃作为散射板，将定向激光光束转化为扩展光源
2.迈克尔逊干涉仪常被用来测量空气的折射率。
请说明测量原理并导出测量公式。
若将短焦距的发散激光束入射至迈克尔逊干涉仪，经M1、M2反射后，相当于由两个相干性极好的虚光源S1和S2发出的球面波前形成的干涉。
由于在M2与接收屏之间的空间中传播的光波处处相干，故干涉图象的形状与接收屏的位置和取向有关。
当M2平行于M1’，接收''SSSS2时，条纹为椭圆簇或直线簇；此121屏垂直于时，条纹为同心圆环；当接收屏不垂直
外，干涉环的吞吐，移动的规律与等倾干涉时相同。
在调出非定域圆条纹的基础上，将小气室插入到图1所示的位置中，把小气室加压，使气压变化?
P1，从而使气体的折射率改变?
n。
当气室内压逐渐升高时，气室所在范围内光程差变化2D?
n，在白屏上可观察到干涉条纹也在不断变化，记下干涉条纹变化的总数N条，则有2D?
n?
N?
，得式中D为小气室的厚度。
理论可以证明，当温度一定时，气压不太高时，气体折射率的变化量?
n与气压的变化量P成正比：
n?
1?
n?
?
?
p常数p
n?
1?
故
将
（1）式代入上式可得：
?
nP?
P
n?
1?
N?
P?
2D?
P
（2）
公式
（2）给出了气压为P时（实验中如有测量，则以测量为准；如没有测量则以一个标准大气压为准）的空气折射率n，例如令P=760mmHg（即一个大气压）代入
（2）式，就可求出N?
一个大气压下的空气折射率n0。
?
n?
2D
篇二：
“迈克尔逊干涉仪”实验报告
“迈克尔逊干涉仪”实验报告
【引言】
迈克尔逊干涉仪是美国物理学家迈克尔逊（A.A.Michelson）发明的。
1887年迈克尔逊和莫雷（Morley）否定了“以太”的存在，为爱因斯坦的狭义相对论提供了实验依据。
迈克尔逊用镉红光波长作为干涉仪光源来测量标准米尺的长度，建立了以光波长为基准的绝对长度标准，即1m=1553164．13个镉红线的波长。
在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用。
迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。
因创造精密的光学仪器，和用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速，迈克尔逊于1907年获得了诺贝尔物理学奖。
【实验目的】
（1）了解迈克尔逊干涉仪的原理和调整方法。
（2）测量光波的波长和钠双线波长差。
【实验仪器】
迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、钠光灯、扩束镜
【实验原理】
1.迈克尔逊干涉仪结构原理
图1是迈克尔逊干涉仪光路图，点光源S发出的光射在分光镜G1，G1右表面镀有半透半反射膜，使入射光分成强度相等的两束。
反射光和透射光分别垂直入射到全反射镜M1和M2，它们经反射后再回到G1的半透半反射膜处，再分别经过透射和反射后，来到观察区域E。
如到达E处的两束光满足相干条件，可发生干涉现象。
G2为补偿扳，它与G1为相同材料，有相同的厚度，且平行安装，目的是要使参加干
涉的两光束经过玻璃板的次数相等，波阵面不会发生横向平移。
M1为可动全反射镜，背部有三个粗调螺丝。
M2为固定全反射镜，背部有三个粗调螺丝，侧面和下面有两个微调螺丝。
2.可动全反镜移动及读数
可动全反镜在导轨上可由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。
可动全反镜位置的读数为：
××.□□△△△（mm）
（1）××在mm刻度尺上读出。
（2）粗动手轮：
每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，□□由读数窗口内刻度盘读出。
（3）微动手轮：
每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即可动全反镜移动0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。
△△△由微动手轮上刻度读出。
注意螺距差的影响。
3.He-Ne激光器激光波长测试原理及方法
光程差为：
?
?
2dcos?
?
?
?
2dcos?
?
?
k?
（明纹）?
?
?
（2k?
1）?
2
（暗纹）当θ=0时的光程差δ最大，即圆心所对应的干涉级别最高。
转动手轮移动M1，当d增加时，相当于增大了和k相应的θ角（或圆锥角），可以看到圆
环一个个从中心“冒出”；若d减小时，圆环逐渐缩小，最后“淹没”在中心处。
每“冒”出或“缩”进一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M1与M2’之间距离
变化了半个波长。
若将M1与M2
’之间距离改变了△d时，观察到N个干涉环变化，则
?
d?
N?
?
2
或
?
?
2?
d
N
由此可测单色光的波长。
4.钠双线波长差的测量原理和测量方法
从条纹最清晰到条纹消失由于M1移动所附加的光程差：
Lm?
k?
2?
（k?
12）?
钠双线波长差:
?
?
?
2
2Lm
Lm是视场中的条纹连续出现两次反衬度最低时M1所移动的距离。
【实验内容】
1.测He-Ne激光的波长
（1）激光直接照射到分光板中部，调整调节螺丝使观察屏上的最大最亮的2个反射点严格重合。
（2）放入扩束镜,使光斑均匀地射到分光板上，调节拉簧螺丝，使屏上出现的圆环的圆心移动到观察屏中央。
（3）调节微调鼓轮向一个方向转动几圈，当看到观察屏上有条纹吞吐了,记录M1的初试位置d1。
（4）继续转动微调鼓轮，每吞吐50个条纹记录一次M1的位置,连续记录8组数据。
2.测钠光的双线波长差
（1）点亮钠光灯，使光源与分光板等高并且位于分光板和M2镜的中心连线的延长线上。
转动粗调手轮，使M1和M2至G1的距离大致相等。
（2）取下并轻轻放置好观察屏，直接用眼睛观察。
仔细调节M2后面或下方的调节螺丝，应能看到钠光的等倾条纹。
（3）转动粗调手轮，找到条纹变模糊位置，调好标尺零点。
用微调手轮继续缓缓移动M1，同时仔细观察至条纹反衬度最低时记下M1的位置。
随着光程差的不断变化，按顺序记录六次条纹反衬度最低时M1的位置读数。
相邻两次读数差等于Lm的值。
1.测He-Ne激光的波长
?
?
公＝6328A，
E?
?
公?
公
6563－6328
?
100％＝?
100％?
3.7％。
6328
2.测钠光的双线波长差
?
5893A，
?
?
Lm1?
?
Lm2?
?
Lm30.86860+0.87229+0.92157-3-36
m?
=?
10m=0.29580?
10m=2.9580?
10A
?
?
58932
?
?
?
?
A?
5.87A。
6
2m2?
2.9580?
10
2
?
?
0?
5.97A，
?
E?
?
?
－?
?
0
?
?
0
?
100％＝
5.87－5.975.97
?
100％?
1.7％。
1、迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。
切勿用手触摸镜片。
2、调测微尺零点方法：
先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。
3、微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。
4、用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。
【预习思考题】
（1）说明迈克尔逊干涉仪各光学元件的作用，并简要叙述调出等倾干涉条纹的方法及注意事项。
答：
在迈克尔逊干涉仪光路图中，分光板G1将光线分成反射与透射两束；补偿板G2使两束光通过玻璃板的光程相等；定镜M２和动镜M１分别反射透射光束和反射光束；凸透镜将激光汇聚扩束。
/
要获得等倾干涉条纹花样，就必须使M１和M2（M2的虚像）相互平行，即M１和M2相互垂直。
另外还要有较强而均匀的入射光。
调节的主要程序是：
①用水准器调节迈氏仪水平；目测调节激光管（本实验室采用激光光源）中心轴线，凸透镜中心及分束镜中心三者的连线大致垂直于定镜M２。
②开启激光电源，用纸片挡住M１，调节M２背面的三个螺钉，使反射光点中最亮的一点返
/
回发射孔；再用同样的方法，使M１反射的最亮光点返回发射孔，此时M１和M2基本互相平行。
③微调M２的互相垂直的两个拉簧，改变M２的取向，直到出现圆形干涉条纹，此时可以认
/
为M１与M２已经平行了。
同方向旋动大、小鼓轮，就可以观察到非定域的等倾干涉环纹的“冒”或“缩”。
注意事项：
①迈克尔逊干涉仪是精密仪器，在旋转调整螺丝和手轮时手要轻，动作要稳。
切勿用手触摸镜片。
②调测微尺零点方法：
先将微调鼓轮沿某一方向（按读数的增或减）旋转至零线，然后以同方向转动粗调鼓轮对齐读数窗口中某一刻度，以后测量时使用微调鼓轮须向同一方向旋转。
③微调鼓轮有方向空程，实验中如果中途反向转动，则须重新调整零点。
④用激光束调节仪器时，应防止激光束射入眼睛，使视网膜受伤。
（2）如何利用干涉条纹的“冒出”和“缩进”现象，测定单色光的波长？
答：
每“冒出”或“缩进”一个干涉环，相应的光程差改变了一个波长，也就是M与M’
12之间距离变化了半个波长。
若将M与M’之间距离改变了△d时，观察到N个干涉环变化，
12则
篇三：
迈克尔逊干涉实验思考题
迈克尔逊干涉实验思考题
1、什么是干涉？
什么是光的干涉？
光的干涉有哪些必要与先决条件？
什么是想干光？
2、光的干涉实验现象是什么？
本实验光的干涉现象是什么？
3、在物理光学中有两类光的干涉现象，一种是等厚干涉，一种是等倾干涉，什么是等倾干涉？
“等倾”是什么概念？
指的是谁和谁的夹角？
4、等倾干涉是哪两束光在什么条件下出现的什么光学现象？
此现象与等厚干涉的牛顿环有什么区别？
5、激光经扩束镜后的光线是平行光吗？
为什么？
激光经扩束镜后的光线与等倾干涉现象有何关系？
如果激光经扩束镜后的光线是平行光又会出现什么干涉现象？
为什么？
6、迈克尔逊干涉仪是一种分振幅双光束干涉仪，在实验中，激光光束是如何分解的？
分解后的两束光经定反射镜和动反射镜回到观察屏出现等倾干涉的实验条件是什么？
7、补偿板的作用是什么（请详细说明）？
取消补偿板还能实现光的等倾干涉现象吗？
为什么？
8、在实验中，为了说明问题的方便把哪一个反射镜虚拟化？
虚拟化的前提是什么？
9、在实验中，正确的操作是我们看到：
观测屏会出现明暗相间的等倾干涉同心圆环。
这说明形成干涉的两束光是平行光汇聚同一圆环，为什么？
这两束光与各自的反射镜法线反射角是什么状态？
如果不平行会出现什么实验现象？
为什么？
10、形成等倾干涉的两束光的光程差公式，讲义上直接给出了，请予以详细说明。
11、本实验的实验条件是什么？
用什么实验方法能达到实验条件？
具体如何操作？
每一步骤的目标是什么？
具体如何操作？
12、在本实验中，观测屏出现什么实验现象才可记录实验数据？
为什么？
等倾干涉中心圆斑干涉现象与牛顿环干涉圆斑有何区别？
13、什么是实验计数的条件？
有些什么要求？
在实验计数中，干涉圆环中心发生漂移是什么光学现象？
为什么必须克服才能继续实验？
如何操作？
请具体说明。
14、当动反射镜与定反射镜的虚像之间发生多大位移，会使两束光的光程差增加或减少一个波长？
为什么？
请详细说明。
动反射镜与定反射镜的虚像之间的最大位移应小于40mm，为什么？
15、在实验操作中，要求在记录数据的过程中（即观察干涉圆环的璇入和涌出），旋转微调齿轮时是不能反转的，否则实验失败，为什么？
微调齿轮的读书空程差有多大？
16、为什么等倾干涉形成同一圆心圆环？
扩束镜的作用是什么？
如果改用平行光作为做干涉光源会出现什么光学现象？
以上都请详细说明。
17、在整个的实验操作过程中，在找到等倾干涉同心圆环过程中，运用的是什么光学原理？
为什么？
请具体说明。
18、为什么本实验要求面积是整个观测屏的三分之一？
两个虚拟参考面的空间距离如何调整？
实验原理是什么？
具体如何操作？
19、最小等倾干涉圆环是干涉屏上哪一个干涉圆环？
为什么？
20、为什么在实验中要求，等倾干涉圆环变化是“旋入”式？
最小的等倾干涉圆环面积在实验中是增大还是减小？
21、螺旋测微仪的原理是什么？
实验中如何计数？
什么是螺旋测微仪的正向旋转？
实验中对此有哪些要求？
为什么？
22、在实验中，是否有等厚干涉？
发生等厚干涉的实验条件是什么？
等倾、等厚干涉是交替变化还是同时发生？
为什么？
请详细说明。
23、在实验中，由最小倾角的等倾干涉圆环转化为等厚干涉的圆斑时，形成干涉两束光的光程差是增大还是减小？
是指谁的光程？
是指谁的光程差？
此时的状态是什么？
24、最靠近中心圆斑的干涉圆环，当转动螺旋测微仪正转时，使得干涉圆环发生陷落中心，此刻，形成干涉两束光的光程差减小一个波长。
为什么？
请详细说明。
25、实验数据是“旋入”100个波长，所对应两个虚拟参考面空间距离变化的波长是多少个？
为什么？
为什么最后的数据还必须乘以20倍？
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