邁克爾遜干涉儀的調整與使用

1、實驗40 邁克爾遜干涉儀的調整與使用教學目標了解邁克爾遜干涉儀的設計原理；了解儀器的構造，掌握調節(jié)方法；學會利用等傾干涉條紋測量He-Ne激光的波長；重點：學會邁克爾遜干涉儀的調整方法；等傾干涉條紋的特性觀察和應用干涉現(xiàn)象測量波長的方法。難點：等傾干涉的形成條件認識和測量。重點與難點實驗內容邁克爾遜干涉儀調整；觀察等傾干涉條紋并測量He-Ne激光的波長；實驗數(shù)據(jù)處理計算。教學方法討論、啟發(fā)、指導方式教學。教學過程設計一討論1.何謂等傾干涉？ 圖1是邁克爾遜干涉儀的光路原理圖。調整邁克爾遜干涉儀，使之產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象可以等效為M1和M2之間的空氣薄膜產(chǎn)生的薄膜干涉。當鏡M1M2，即M1M2（圖2）

2、時，由擴展光源S射出的任一束光，經(jīng)薄膜上下表面反射形成的相干光束和光束的光程差為 （空氣薄膜折射率n=1） 可見，薄膜厚度d一定時，光程差由入射角i決定。顯然干涉條紋是等i（等傾角）的軌跡，即由干涉產(chǎn)生的條紋與一定的傾角對應，這種干涉稱為等傾干涉。M2diABCDM1rFFPLn=1PiS圖2 等傾干涉圖1 邁克爾遜干涉儀SP1M2'M2M1dP2E2、如何利用等傾干涉現(xiàn)象測量光波長？ 等傾干涉條紋的亮暗應滿足下面條件：亮條紋 （k=0、1、2） 暗條紋 可見，空氣薄層厚度d一定時，入射角i 越小，即越靠近中心，圓環(huán)條紋的級數(shù)k 越高(這與牛頓環(huán)正好相反)，在中心處，i =0，級次最高

3、。若這時，中心處剛好是亮斑，則有 由此式可得 可見，移動M1鏡改變空氣薄膜的厚度d，中心亮斑的級次kc也會改變。而且當中心亮斑變化一個級次（kc=±1），即每冒出或吞沒一個亮條紋，就意味著空氣薄層厚度改變了（/2），也就是M1鏡移動了（/2）的距離。顯然，當中心亮斑變化了N個級次（ kc=±N），即冒出或吞沒了N個亮條紋，則有所以，我們只要測出M1鏡移動的距離d（可從儀器讀出），并數(shù)出冒出或吞沒干涉條紋的個數(shù)N，就可以通過上式計算出光源的波長。二預習檢查提問問題1、 請問邁克爾遜光路圖中，P1和P2個起什么作用？為什么光束和相遇時會產(chǎn)生干涉？2、 M1、M2鏡背后的三個螺釘

4、作用是什么？3、 實驗如何測量M1鏡移動的距離？該儀器能讀準到幾位有效數(shù)字？4、 在P.56圖5-40-3中，光束和光束之間的光程差與什么因數(shù)有關？（5-40-1）式中的n是什么？等于多少？5、 什么叫“等傾干涉”？干涉產(chǎn)生的明暗條紋應滿足什么條件？6、 實驗是根據(jù)什么物理現(xiàn)象和什么測量公式測量激光波長的？7、 你有沒有分析過，等傾干涉的同心圓環(huán)條紋與牛頓環(huán)的同心圓環(huán)條紋有什么異同？三課后思考題1. 邁克爾遜干涉儀中的P1和P2各起什么作用？用鈉光或激光做光源時，沒有補償板P2能否產(chǎn)生干涉條紋？用白光做光源呢？ 提示：從Na光、HeNe激光和白光的單色性好壞來分析，當光程差較大時，它們產(chǎn)生的干涉條紋會不會重疊？ 2. 在邁克爾遜干涉儀的一臂中，垂直插入折射率為1.45的透明薄膜，此時視場中觀察到15個條紋移動，若所用照明光波長為500nm，求該薄膜的厚度。 提示：垂直插入折射率n=1.45的透明薄膜后，光程差改變了多少？這個改變與移動的條紋以及波長有何關系？3. 在“等傾干涉”中，當薄膜厚度h增加時，應該看到條紋由中心“冒出”還是向中心“湮沒”？條紋的寬窄以及環(huán)