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教案1迈克尔逊干涉实验 一 实验目的 1、 了解迈克尔逊干涉仪的结构; 2、 掌握迈克尔逊干涉仪的结构; 3、 观察光的等倾干涉现象并掌握波长的方法; 4、 掌握逐差法处理数据。 二 实验仪器 He-Ne激光器、扩束透镜、迈克尔逊干涉仪 三 实验原理 迈克尔逊干涉仪的光学系统如图。它由分光板 G、补偿板 H、定反射镜 M1和动反射 镜 M2组成。M1和 M2互相垂直,分光板和补偿板是一对材料和外型完全相同的平板光学玻 璃,它们相互平行并分别和 M1、M2成大致 45 度夹角,分光板的次数不同引起的光程差。 来自点光源(或扩展光源)的光,入射到分光板上,分为强度相同的光线“1”和光线“2” 的相干光,并分别由 M1和 M2反射后投射到光屏上(对于扩展光源用眼睛正对着观察)产 生干涉现象。由于 M1和 M2垂直,可以等价地看成 M2的虚象和 M1形成一个厚度 d 为的空 气隙,d 的大小随 M2的位置改变而改变,所以两光线的光程差可由下式确定: (1)idCos=2 式中 i为光线“1”对 M2的入射角。当 d 一定时,由 i确定,i相同的方向上光程差 相等,形成了等倾干涉条纹。且满足: k=0、1、2、3(2)kidCos=2 呈亮条纹: k=0、1、2、3(3) 2 )12(2 +=kidCos 呈暗条纹。条纹呈明暗相间的同心环,这和牛顿环干涉条纹相似,但不同的是本同心环外侧 干涉级别低,越靠圆心干涉级别越高。圆心干涉级别最高。现分析一下(2)式。对于第级 亮条纹,有: (4)kidCos k =2 当 d 增大时,为了保证(4)式仍成立 ik必须也增大,即 k 级亮条纹往外扩大,反之,减小 课后答案网 时,ik也必须减小,k 级亮条纹往内缩小。特别地考虑 i=0(即圆心)处。满足: (5)kd=2 时为亮条纹。那么,d 增大时,中心亮条纹的级别 K 增大,中心往外冒出亮条纹,d 减小时 , 中心亮条纹级别减小,亮条纹往中心收进。每当 d 改变时,中心处就冒出或收进一个干 2 涉条纹。当d 改变时,中心处就冒出或收进 n 个干涉条纹。根据这种现象,可以测定光 2 n 波波长。 假设动镜 M2原在位置 D1上,现移动 M2的位置,同时观察并计算中心亮条纹冒出或收进的 数目,当 M2移至位置 D2时,相应地冒出或收进的亮条纹数目 N。就有: 12 2 DD= N DD 12 2 = 四教学内容 1、 检查预习报告,特别对数据记录表格进行检查 2、 实验装置的调整, 提问He-Ne激光器所发的光线与定镜之间的关系, 应该怎样调整? (反 射回来的光线应该出现在 He-Ne激光器的头部面板上) 3、 示范并提问第二个问题,光斑重合的时候应该出现干涉图样,如果没有图则扩束之后仍 然无法得到干涉图样,那么应该怎样调整? 4、 提醒几个要点 a、 动镜的位置应调到 4050mm之间 b、 如果不能产生干涉那么要检查当调节定镜背后的三个螺丝时,出现在 He-Ne激光器 的头部面板上的光线是否相应会动?以及对重合的斑点进行检查(换个点看看) c、 干涉图样的中心应该全部出现,利用哪个部份? 5、 用逐差法处理数据 五注意事项 1、 使用干涉仪时不要使工作台震动; 2、 切勿用手或其他物品触摸其光学表面; 3、 切勿正对着光学表面讲话。 课后答案网
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