大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案

实验⼀迈克尔逊⼲涉仪的调整及应⽤实验⼀迈克尔逊⼲涉仪的调整及应⽤⼀、实验⽬的1. 了解迈克尔逊⼲涉仪的原理及结构。

2. 学会迈克尔逊⼲涉仪的调整，基本掌握其使⽤⽅法。

3. 观察各种⼲涉现象，了解它们的形成条件。

⼆、实验仪器1. WSM-200型迈克尔逊⼲涉仪⼀台2. HNL-55700多束光纤激光源⼀台三、实验原理3.1 迈克⽿孙⼲涉仪的构造图1为迈克尔逊⼲涉仪的结构⽰意图。

图1 迈克尔逊⼲涉仪的结构⽰意图仪器包括两套调节机构，第⼀套调节机构是调节反光镜1的位置。

旋转⼤转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第⼆套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线⽅向。

通过调节反光镜1、2后⾯的调节螺钉以及反光镜2的两个⽅向拉杆来控制反光镜的空间⽅位。

在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿⽚，其位置对仪器的性能有重要影响，切勿变动。

在补偿⽚的右侧是反射镜2，它的位置不可前后移动，但其空间⽅位是可调的。

反射镜1和反射镜2是通过⾦属弹簧⽚以及调节螺钉与⽀架弹性连接的，调节反射镜⽀架上的三颗调节螺钉，改变弹簧⽚的压⼒，从⽽改变反射镜⾯在空间的⽅位。

显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜⽅位的错误操作。

反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。

该装置共有三组读数机构：第⼀组位于左侧的直尺C 1，刻度线以mm 为单位，可准确读到毫⽶位；第⼆组位于正⾯上⽅的读数窗C 2，刻度线以0.01mm 为单位，可准确读出0.1和0.01毫⽶两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺C 3，刻度线以0.0001mm 为单位，可准确读0.001和0.0001毫⽶两位，再估读⼀位到0.00001毫⽶。

实际测量时，分别从C 1、C 2各读得2位数字、从C 3读得3位（包括1位估读）数字，组成⼀个7位的测量数据，如图2所⽰。

可见仪器对位移量的测定精度可达⼗万分之⼀毫⽶，是⼀种⾮常精密的仪器。

务必精细操作，否则很容易造成仪器的损坏！图2 关于M1位置读数值的组成⽅法3.2 迈克⽿孙⼲涉仪的原理迈克尔逊⼲涉仪是利⽤分振幅法产⽣的双光束⼲涉，其光路图如图3所⽰。

迈克尔逊干涉仪的调整和使用一、教学目的（1） 了解迈克尔逊干涉仪的原理结构，学习调节和使用方法。

（2） 观察等倾,等厚干涉现象。

（3） 测量He-Ne 激光波长。

二、教学重点（1） 迈克尔逊干涉仪的原理和结构 （2） 迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法 （3） 迈克尔逊干涉仪的应用三、课堂提问（1） 什么是非定域干涉？（2） 迈克尔逊干涉仪是怎样实现非定域干涉的？ （3） 非定域干涉条纹和牛顿环的相同和不同之处是什么？四、实验仪器补偿板微调手轮 He －Ne 激光器迈克尔逊干涉仪分光板固定反射镜移动反射镜粗调手轮光阑孔观察屏读数窗五、实验原理图1是迈克尔逊干涉仪的光路原理图。

光源上一点发出的光线射到半透明层K 上被分为两部分光线“1”和“2”。

光线“2”射到M 2上被反射回来后，透过G 1到达E 处；光线“1”透过G 2射到M 1，被M 1反射回来后再透过G 2射到K 上，反射到达E 处。

这两条光线是由一条光线分出来的，故它们是相干光。

光线“1”也可看作是从M 1在半透明层中的虚像M 1ˊ反射来的。

在研究干涉时，M 1ˊ与M 1是等效的。

调整迈克尔逊干涉仪，使之产生的干涉现象可以等效为M 1ˊ与M 2之间的空气薄膜产生的薄膜干涉。

用凸透镜会聚的激光束是一个很好的点光源，它向空间发射球面波，从反射后可看成由两个光源发出的（见图2），至屏的距离分别为点光源S从反射至屏的光程，21 M M 和21S S 和′)(21S S 或)(1211G M M G 和或和21S S 和′的距离为M 1ˊ和M 2之间距离的二倍，d 图2 非定域干涉M 1图1 迈克尔逊干涉仪即2d 。

虚光源发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，这种干涉是非定域干涉。

如果把屏垂直于21S S 和′21S S 和′的连线放置，则我们可以看到一组同心圆，圆心就是连线与屏的交点。

如图2，由到屏上的任一点A，两光线的程差21S S 和′21S S ′L 可得：δcos 2d L = （1） 由式（1）可知：（1）当0=δ 时程差最大，即圆心E 点所对应的干涉级别最高。

实验二 迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne -激光的波长；4、了解钠光、白光干涉花样的特点。

三、实验原理在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜'12,M M 的薄膜干涉。

两束光的光程差为：2cos d i k δλ==（一）、扩展光源产生的干涉图（定域干涉）1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉条纹特点：明暗相间的同心圆纹，条纹定域在无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）；中心级次最高，2k d λ=；3）d 增大，条纹从中心向外“涌出”， d 减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2λ，“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况（无条纹）。

干涉条纹的分布是中心宽边缘窄，d 增大条纹变窄12k k k k i i i di λ-∆=-≈（,k d i 增加时条纹变窄），1M 和'2M 有一很小的夹角——等厚干涉()22cos 212d i d i ∆=≈-，当入射角也较小时为等厚干涉，条纹定域在薄膜表面附近；在两镜面交线附近处，d 较小，i 的影响可以略去，干涉条纹是一组平行于1M 和'2M 交线的等间隔的直线条纹；在离1M 和'2M 交线较远处，d 较大，i 方向是背向两镜面的交线。

四、实验仪器迈克尔逊干涉仪（100WSM -），He N e -激光器，钠光灯，日光灯，扩束镜，屏。

1、底座底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。

底座由三个调平螺丝（9）支撑，调平后，可以拧紧锁紧圈（10）以保持座架稳定。

2、导轨导轨由两根平行的长约280毫米的框架（7）和精密丝杆（8）组成，被固定在底座上，精密丝杆穿过框架正中，丝杆螺距为1毫米 3、拖板部分拖板（11）是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母（6），丝杆穿过螺母，当丝杆旋转时，拖板能前后移动，带动固定在其上的移动镜（11）在导轨面上滑动，实现粗动。

实验六 迈克尔逊干涉仪的调整和使用实验性质：综合性实验 教学目的和要求：1. 了解迈克尔逊干涉仪的原理并掌握调节方法；2. 观察等倾干涉条纹的特点；3. 测定He-Ne 激光的波长。

教学重点与难点：对迈克尔逊干涉仪的工作原理与等倾干涉概念的理解；本实验仪器的正确调节与使用以及正确记录有效数字。

一．检查学生的预习情况检查学生预习报告:内容是否完整，表格是否正确。

二．实验仪器和用具：迈克尔逊干涉仪，氦氖激光器、毛玻璃屏 三．讲解实验原理：（一）实验仪器介绍1. 迈克尔逊干涉仪的构造迈克尔逊干涉仪的构造如图33-1。

其主要由精密的机械传动系统和四片精细磨制的光学镜片组成。

1G 和2G 是两块几何形状、物理性能相同的平行平面玻璃。

其中1G 的第二面镀有半透明铬膜，称其为分光板，它可使入射光分成振幅（即光强）近似相等的一束透射光和一束反射光。

2G 起补偿光程作用，称其为补偿板。

1M 和2M 是两块表面镀铬加氧化硅保护膜的反射镜。

2M 是固定在仪器上的，称其为固定反射镜，1M 装在可由导轨前后移动的拖板上，称其为移动反射镜。

迈克尔逊干涉仪装置的特点是光源、反射镜、接收器（观察者）各处一方，分得很开，可以根据需要在光路中很方便的插入其它器件。

1M 和2M 镜架背后各有三个调节螺丝，可用来调节21M M 和的倾斜方位。

这三个调节螺丝在调整干涉仪前均应先均匀地拧几圈（因每次实验后为保证其不受应力影响而损坏反射镜都将调节螺丝拧松了），但不能过紧，以免减小调整范围。

同时也可通过调节水平拉簧螺丝与垂直拉簧螺丝使干涉图像作上下和左右移动。

而仪器水平还可通过调整底座上三个水平调节螺丝来达到。

图11 ——主尺2 ——反射镜调节螺丝3 ——移动反射镜1M4 ——分光板1G5 ——补偿板2G6 ——固定反射镜2M7 ——读数窗 8 ——水平拉簧螺钉 9 ——粗调手轮10——屏11——底座水平调节螺丝确定移动反射镜1M 的位置有三个读数装置：①主尺——在导轨的侧面，最小刻度为毫米，如图：②读数窗——可读到0.01mm，如图：③带刻度盘的微调手轮，可读到0.0001mm，估读到105 mm，如图：2.迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路如图2。

实验八迈克尔逊干涉仪的调节和使用实验八迈克尔逊干涉仪的调节和使用【实验目的】１．掌握迈克尔逊干涉仪的调节和使用方法；２．调节和观察迈克尔逊干涉仪产生的干涉图，加深对各种干涉条纹特点的理解。

【实验仪器和设备】迈克尔逊干涉仪、He~Ne激光器、扩束镜、小孔光阑、白炽灯、毛玻璃显示屏。

【实验原理】一、迈克尔逊干涉仪简介迈克尔逊干涉仪是一百多年前，物理学家迈克尔逊为了要测量“以太风”而设计出来的一种精密测长仪器，它是用“光的分振幅法”，将一束光分成两束相干光，经过分得很开的路径以后重新相遇而干涉的原理制成的。

由于仪器设计得巧妙，用途广泛，测量长度精密准确，为当时空前启后的发明，从而迈克尔逊获得1907年的诺贝尔奖。

实验室最常用的迈克尔逊干涉仪其原理图和结构图如图１所示。

[1]底座 [2]水平调节螺钉脚 [3]导轨架 [4]丝杆 [5]拖板 [6]动镜M1 [7]调节螺钉（3只） [8]定镜M2 [9]调节螺钉 [10]水平拉簧螺钉 [11]垂直拉簧螺钉[12]分光板 P1 [13]补偿板P2 [14]粗调手轮 [15]读数窗口 [16]微调手轮 [17]米尺[18]支架杆和夹紧螺丝 [19]显示屏M1和M2是在互相垂直的两臂上旋转的两个平面反射镜，其背面各有三个调节螺旋，用来调节镜面的方位；M2是固定的，M１由精密丝杆控制，可向臂轴前后移动，其移动距离由－２－４转盘读出。

仪器前方粗动手轮值为１０mm，右侧微动手轮的分度值为１０mm，可估－５读至１０mm，两个读数手轮属于蜗轮蜗杆传动系统。

在两臂轴相交处，有一与两臂轴各成４５°的平行平面玻璃板P1 ，且在P1的第二平面是镀以半透（半反射）膜，以便将入射光分成振幅近似相等的反射光１和透射光２，故P１板又称为分光板。

P2也是一平行平面玻璃板，与P１平行放置，厚度和折射率均与P1相同。

由于它补偿了1和2之间附加的光程差，故称为补偿板。

从扩展光源S射来的光，到达分光板P1后被分成两部分，反射光1在P1处反射后向着M1前进；透射光2透过P1后向着M2前进，这两列光波分别在M1、M2上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处，既然这两列光波来自光源上同一点，因而是相干光，在E处的观察者都能看到干涉图样。

迈克尔逊干涉仪的调节与使用【实验内容】：1.了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2.观察等倾干涉、等厚干涉以及白光干涉现象3.测量钠双线的平均波长及波长差【实验原理】1.迈克尔逊干涉仪的原理迈克尔逊干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如图1所示，它由反射镜Ml、M2、分束镜H和补偿板P2组成。

其中Ml是一个固定反射镜，反射镜M2可以沿光轴前后移动，它们分别放置在两个相互垂直臂中；分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°,且相互平行；分束镜Pi的一个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度地分为两束；补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。

光源发出的光经分束镜被分成等强度的两束光1和2,光束1和2分别经反射镜M2和M2反射后，再次经分光镜P向E处传播。

由于光束2在传播过程中三次图1迈克尔逊干涉仪光路穿过分束镜，而光束1只有一次穿过分束镜。

由于玻璃存在色散，不同波长的光在干涉仪中具不同的光程差，为此，在反射镜MI和反射镜之间加入一个补偿板，这样光线1同样在相同的玻璃板中穿过三次，使所有波长的光可以同时获得零的光程差，这对于实现白光的干涉是绝对必要的前提。

在单色光入射时，补偿板可以两臂的光程达到完全对称，2.测量钠黄光的平均波长利用迈克尔逊干涉仪的等倾干涉可以测量光的波长，当光程差改变二分之一个波长时，等倾干涉条纹中心就会□冒出口或□缩进口一个条纹。

当口冒出口或□缩进口N个条纹时，光程差的改变量为δd=N-2通过干涉仪测量M和确定条纹变化的个数N,就可通过上式得到被测光的波长。

3.测量钠黄光的波长差当两个波长相差不大，且光强基本相同的光同时在迈克尔逊干涉仪上产生等倾干涉时，每个波长的各自产生一套干涉条纹。

很容易想到，这两套干涉条纹在某些光程差下一定出现明暗重叠的现象，这时视场中的干涉条纹的可见度为零。

如果确定了两次相邻可见为零时光程差的改变量那么两束光的波长差为【仪器用具】 WSM —100迈克尔逊干涉仪、钠灯、白炽灯。

迈克尔逊干涉仪的调整和使用[实验目的]1． 了解迈克尔逊干涉仪的结构，掌握它的调节方法。

2． 观察等倾干涉条纹。

3． 用迈克逊干涉仪测定氦氖激光的波长。

[实验原理]1． 迈克逊干涉仪上相干光的获得。

分束板，补偿板为两相同材料、相同厚度的玻璃板。

M 1 ，M 2为两垂直的平面镜。

光在空气中的几何路程差。

图1的等效光路图可画成图2的形式。

当观察者在E 处向着G 1看去，如同光线从M 1和2M '反射而来，2M '是M 2 在半透膜B 上成的虚像。

因而从光程差方面来考虑时，迈克逊干涉仪产生的干涉就如同M 1和2M '之间厚度为d 的空气膜产生的。

在迈克逊干涉仪实验中常用激光和钠光作为光源，下面分别对这两种光源照射时产生的图1干涉现象进行分析。

图22． 用氦氖激光作点光源照射。

下面对光程差和干涉花样进行分析：设M 1平行2M '，并设观察屏E 与1S '和2S '的连线相垂直，由于d H 2>>，即21S P S ''∠很小，则P S 1'和P S 2'的光程差为：θδcos 221d P S P S P ≈'-'= （1） 干涉明纹的条件为：0,1,2,3==K K λ2dcos θK (2)由于点电源发出的光具有对称性，所以干涉花样是一组同心圆。

在干涉圆环的中心1O '处0=θ，干涉级数最高，即λ⋅=max 2K d （3）最高级数max K 随d 的改变而改变，当d 增大时，max K 也增大，表现为圆环随d 的增大而冒出。

反之，圆环随d 的减小而吸入。

根据环的冒出和吸入不仅可以判断两反射镜M 1与M 2之间等效距离d 的变化趋势，而反过来，可根据冒出或吸入的圆环个数由式（3）来测量激光波长λ或反射镜M 1移动的距离∆d 。

本实验中测激光的波长λ，即：Nd∆=2λ （4）上式中N 为d 有∆d 的改变时，圆环冒出或吸入的个数，为了减小测量误差，N 可取为100，∆d 由迈克逊干涉仪上的读数装置读出。

实验五迈克尔逊干涉仪的调节及使用【实验目的】（1）了解迈克尔逊干涉仪的光学结构及干涉原理，学习其调节和使用方法；（2）学习一种测定光波波长的方法，加深对等倾、等厚干涉的理解。

【实验仪器】迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器、白炽灯等。

【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“以太漂移实验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1与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“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。

实验五迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1．了解迈克尔逊干涉仪的构造原理,掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法；2．学会调节非定域干涉、等倾干涉、等厚干涉和白光干涉条纹,研究这几种干涉条纹形成的条件和条纹特点,变化规律及相互间的区别；3．学会用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。

二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、氦氖激光器、扩束透镜、毛玻璃等。

三、实验原理1．迈克尔逊干涉仪的原理图1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。

在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板p1，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故p１又称为分光板。

p２也是平行平面玻璃板，与p１平行放置，厚度和折射率均与p１相同。

由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越p１次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。

从扩展光源S射来的光在p１处分成两部分，反射光⑴经p１反射后向着M２前进，透射光⑵透过p１向着p１前进，这两束光分别在p２、p１上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。

因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。

由M１反射回来的光波在分光板p１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M１′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反图1 迈克尔逊干涉仪光路射相当于自M ２和M １′的反射。

由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。

当M ２和M １′平行时(此时M １和M ２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。

一般情况下，M １和M ２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。

2．单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M ２和M １反射的两列相干光波的光程差为•2cos d i ∆=(1)其中i 为反射光⑴在平面镜M ２上的入射角。

迈克尔逊干涉仪的调节与使用、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2、观察等厚干涉、等倾干涉以及白光干涉。

3、测量钠双线的波长差。

二、仪器用品迈克尔逊干涉仪，He-Ne多光束光纤激光器。

三、实验原理1、迈克尔逊干涉仪：迈克耳孙干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如图所示，它由反射镜M、M、分束镜P和补偿板P组1212成。

其中M是一个固定反射镜，反射镜M可以沿光轴前12后移动，它们分别放置在两个相互垂直臂中；分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°，且相互平行；分束镜P的一1 个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度地分为两束补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。

迈克耳孙干涉仪的结构如图所示。

镜M、M的背面各有三12个螺丝，调节M、M镜面的倾斜度，M的下端还附有两个121互相垂直的微动拉簧螺丝，用以精确地调整M的倾斜度。

1M镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动，可沿导轨前后移动。

2M镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定：主尺、2粗调手轮和微调手轮。

1*14-5-2辺应匚孙卜沙腫1...I'劭型昇-川出世柿沖叶轨沖灯樓山氐川比II.T-帧和黑1」；k训“山射袒.M宀-分他出5M船比〔:川1机IWJMfili孜御LXII-训定乖血；is—flldtj PifcqM-jMttljrJ3M,的术T・|；f板蝉狀：IM盛刑P轮I订一MJ勺忙ll忡.Ji端迂如图所示，多光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜，经其会聚后的激光束，可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。

5'为5经皿及6反射后111所成的像，S'为S经G及M反射后所成的像。

S'和S'21221 为两相干光源，发出的球面波在其相遇的空间处处相干,为非定域干涉，在相遇处都能产生干涉条纹。

空间任一点P的干涉明暗由S'和S'到该点的光程差A=r-r决定,2121 其中r和r分别为S'和S'到P点的光程。

调整和使用迈克尔逊干涉仪以及用迈克尔逊干涉仪测空气折射率迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊设计制成的用分振幅法产生双光束于涉的仪器，它是一种可以进行精密测量的，有着广泛应用的干涉仪。

一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的构造、原理，掌握其调节方法c2、学会用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。

3、学习一种测量气体折射率的方法；4、进一步了解光的干涉现象及其形成条件，学会调节光路的方法。

二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He—Ne激光器、调节架和扩束镜、气室组件、数字气压计三、实验原理1、调整和使用迈克尔逊干涉仪图1 迈克耳孙干涉仪光路图迈克尔逊干涉仪的光路图如图1所示。

M1和M2是经精细磨光的平面反射镜，M2是固定的(称为定镜)，M1可通过精密丝杆的带动，在导轨上移动f称为动镜。

G1是平行平面玻璃板，后表面镀有一层半透明半反射的薄银膜(A)，这一层薄银膜(A)将入射光分成两束光强近似相等的反射光①和透射光②。

因此，G1称为分束板。

另外，G2为补偿板。

G1与G2是两块材料(折射率)和厚度均相同的平行平面的玻璃板，并且G2和G1彼此间严格平行。

G2的作用是使光束②在玻璃中的光程与光束①在玻璃中的光程相同。

从光源发出光束，被分束板G分成两束光强近似相等的反射光①和透射光②，光束①射到M1被反射过来，再透过G1到达观测者E处(或接收屏)；光束②透过G2射到M2上被反射回来，再透过G2后又经A反射而到达观测者E处(或接收屏)。

这两条光线是相干光，相遇发生干涉。

因此，在E处可观测到干涉条纹。

本实验主要观察到点光源产生的非定域干涉条纹，并利用这种条纹测量He—Ne激光器输出激光的波长。

用短焦矩透镜会聚后发散，可视为点光源S，点光源S经M1，M2反射后相当于由两个虚光源S1′、S2′发出的相干光束，如图1由S1、S2’到屏上任一点A，两光线的光程差△为212'1)S A S A ∆=-== 因为L>>d ，2222222222144144[()]]28()Ld d Ld d dR L R L R L L R ++∆≈⨯-⨯≈++++ 由图中三角关系：22cos (1sin )dd Lθθ∆=+ 略去二级无穷小项，可得2cos d θ∆= 明纹：2cos d k θλ∆==暗纹：2cos (21)2d k λθ∆==+当d 变化2Nλ时，(N 整数)即2d N λ∆=。

物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉一、教学目标1.了解光的干涉现象2.掌握迈克尔逊干涉仪的原理和操作方法3.通过实验观察和分析，验证光的干涉原理二、教学准备1.迈克尔逊干涉仪主体2.透镜、光源、分束器等光学元件3.平面镜、半透镜等光学元件4.光屏5.测量工具及器材三、实验步骤与内容1.实验原理迈克尔逊干涉仪是利用光波的干涉原理来测量物体的长度或其它物理量的一种光学仪器。

通过制造两束光的干涉来实现测量目的。

可用于测定物体长度、膨胀系数、光波波长等。

迈克尔逊干涉仪由光源、分束器、光学路径差调节装置和干涉图样显示装置等部分组成。

2.实验内容（1）设置干涉条纹将光源对准分束器，利用平面镜将光路转向，将光束分成两束，其中一束投射到光屏上，调节分束器使得两束光在光屏上重合，观察干涉条纹的形成。

（2）调节干涉仪调节迈克尔逊干涉仪的干涉臂的长度，即调整平面镜的位置，使得两束光的路径差为零，观察干涉条纹的变化。

（3）更换光源使用不同的光源，观察干涉条纹的差异。

（4）气体干涉将压缩空气或其他气体置于一路径下，观察光的干涉现象。

（5）其他干涉现象进一步探究光的干涉现象，如莫尔柱、牛顿环等。

四、实验结果与分析1.实验结果根据干涉条纹的形状和观察到的干涉现象，记录实验现象。

2.实验分析根据实验结果和相关物理知识，分析干涉条纹的形成原理，光的干涉现象的解释等。

五、实验总结1.实验中遇到的问题及解决方法在实验过程中可能会遇到光线不准直、平面镜调整不准确等问题，可以通过适当调整光源、光路和光学元件的位置，使光线正常传播。

2.实验中的心得与体会通过实验学习和操作迈克尔逊干涉仪，深入理解了光的干涉现象以及干涉仪的原理和应用。

在实验中锻炼了实验操作技巧和数据处理能力。

3.实验的拓展与应用迈克尔逊干涉仪是一种重要的光学仪器，在科研和工程中有广泛的应用。

可以用于测量物体的尺寸、膨胀系数、光波波长等。

通过进一步的拓展实验，可以深入研究光的干涉原理和应用。

迈克尔逊⼲涉仪教案《迈克尔逊⼲涉仪的研究》实验教案学部基础学部物理科学系课程名称⼤学物理实验专业、年级全院理⼯科主讲教师<迈克尔逊⼲涉仪的调整与使⽤>实验教学设计《迈克尔逊⼲涉仪的研究》课堂教学设计：阿尔贝特·迈克尔逊所发明的⼲涉仪在近代物理和计量技术中起着很重要的作⽤。

例如迈克尔逊和莫雷所做的以太漂移实验，以及光谱线的波长来确定标准⽶的长度等，都是闻名于世的重要实验。

后来，在迈克尔逊⼲涉仪的基础上发展出多种形式的⼲涉测量仪器，特别是激光问世后，提供了单⾊性⾮常好的光源，从⽽使迈克尔逊⼲涉原理得到了更为⼴泛的应⽤。

实验原理⼀、迈克尔逊⼲涉仪的结构和⼯作原理迈克尔逊⼲涉仪的外形和结构如图4-18-1所⽰，其主要部件是精密的机械传动系统和四块精⼯细磨制成的光学镜⽚。

导轨（5）固定在稳定的底座（3）上，由三个调平旋钮（1）⽀承，调平后可以拧紧锁圈（2）以保持座架稳定。

精密丝杆（6）螺距为1mm，转动粗调⼿轮（16）经⼀对传动⽐为2：1的齿轮副带动精密丝杆传动，与丝杆啮合的可调螺母通过防转挡块及顶块带动移动反射镜（8）M1在导轨⾯上滑动，实现粗调。

移动距离的毫⽶数可在机体侧⾯的毫⽶刻度尺（4）上读得，通过读数窗⼝（13）的刻度盘上读到0.01mm，转动仪器右侧微调⼿轮经1：100蜗轮副传动，可实现微调，微调⼿轮的读数分度值为0.0001mm，可估读到0.00001mm。

可移动反射镜M1（8）的位置可由毫⽶刻度尺、读数窗⼝刻度盘及微调⼿轮这三个读数之和表⽰。

可移动反射镜M1和固定反射镜M2（12）的后⽅分别有两颗调节螺钉（7）、（11），可调节两镜⾯的倾⾓。

分光板G1（9）和补偿板G2（10）是两块相同材料制成的厚度相同的平⾏平⾯玻璃，它们被固定在⼲涉仪上，与M1和M2成45°⾓。

在G1的背⾯镀有⼀层半透明的薄膜，可使射到它表⾯的光⼀半反射，另⼀半透射，因此称之为分光板。

图1 迈克尔逊⼲涉仪结构图1．调平螺钉；2. 锁紧圈；3. 底座；4. 毫⽶刻度尺；5. 导轨；6. 精密丝杆；7. 可移动反射镜M1调节螺钉；8. 可移动反射镜M1；9. 分光板G1；10. 补偿板G2；11. 反射镜M2调节螺钉；12. 固定反射镜M2； 13. 读数窗⼝； 14. 观察屏滑动导杆；15. 观察图2 迈克尔逊⼲涉仪光路图如图2所⽰，仪器的光学系统由两块平⾯反射镜M1、M2和两块折射率相同等厚的平⾏平⾯玻璃板G1、G2所组成。

迈克尔逊干涉仪的调节和使用教学目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和光的干涉原理；2、学会使用迈克尔逊干涉仪，并能用其测量激光的波长；3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。

重难点重点：迈克尔逊干涉仪的调整和使用难点：干涉图样形成的原理教学方法讲授与演示相结合学时3学时一、实验简介光的干涉性是光的重要特性，是光的波动性的实验依据。

两列频率相同、振向振幅相同和位相差恒定的光在空间叠加时将会发生明显的相互加强或减弱的现象，即光的干涉现象。

相干光一般是将同一光波采用分波阵面或分振幅两种方法获得，然后使其经空间不同路径后会合产生干涉。

通过光的干涉可以测出微小长度变化（光波波长数量级）和微小角度变化等，因此光的干涉在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛的应用。

在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小“长度”，否定了“以太”的存在，这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，因此获1907年诺贝尔物理学奖。

迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。

随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。

目前，根据迈克尔逊干涉仪基本原理研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活科技各领域，如观察干涉现象、研究许多物理因素（如温度、压强、电场、磁场等）对光传播的影响、测波长、测折射率等。

本实验是利用迈克尔逊干涉仪使点光源发出的光波产生分波阵面干涉，再利用干涉-激光的波长。

图样变化的规律测量出He Ne二、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和光的干涉原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；-激光的波长。

3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne注：为方便同学在写实验报告时参考教案，本教案的实验原理以及实验内容与步骤 只涉及实验课所做的内容、不涉及实验课不做的内容，即：1、实验原理只涉及迈氏干涉仪的工作原理与单色点光源的等倾干涉原理。

学号：姓名：班级：
迈克尔逊干涉仪教案
物理教学实践作业：
从大学物理实验内容中，任选一个感兴趣的内容，设计教案。

要求内容详尽，（如剧本），插入自己的注解，不得雷同。

A4纸打印，5号字，单倍行距，至少两页（原理图、公式）。

交作业时间：6月29日下午统一交给班长。

几个网站：维基百科中国知网Web of Science 果壳网知乎科学网
专业论坛：小木虫（理工科研究生聚集地）
推荐杂志：科学美国人
物理系推荐丛书：第一推动丛书
推荐参考书：新概念物理教程；费曼物理学讲义；量子力学概论（Griffiths 格里菲斯）；量子物理史话。