合肥工业大学大学物理实验本科课件-迈克耳逊干涉仪实验教案

⼤学物理实验迈克尔逊⼲涉仪讲义迈克尔孙⼲涉仪1881年美国物理学家迈克尔孙（A.A.Michelson）为测量光速，依据分振幅产⽣双光束实现⼲涉的原理精⼼设计了这种⼲涉测量装置。

迈克尔孙和莫雷（Morey）⽤此⼀起完成了在相对论研究中有重要意义的“以太”漂移实验。

迈克尔孙⼲涉仪设计精巧、应⽤⼴泛，许多现代⼲涉仪都是由它衍⽣发展出来的。

本实验的⽬的是了解迈克尔孙⼲涉仪的原理、结构和调节⽅法，观察⾮定域⼲涉条纹，测量氦氖激光的波长，并增强对条纹可见度和时间相⼲性的认识。

实验原理1．迈克尔孙⼲涉仪的结构和原理迈克尔孙⼲涉仪的原理图如图3.1.1-1所⽰，A和B为材料、厚度完全相同的平⾏板，A的⼀⾯镀上半反射膜，M1、M2为平⾯反射镜，M2是固定的，M1和精密丝杆相连，使其可前后移动，最⼩读数为10-4mm，可估计到10-5mm，M1和M2后各有⼏个⼩螺丝可调节其⽅位。

光源S发出的光射向A板⽽分成（1）、（2）两束光，这两束光⼜经M1和M2反射，分别通过A的两表⾯射向观察处O，相遇⽽发⽣⼲涉，B作为补偿板的作⽤是使（1）、（2）两束光的光程差仅由M1、M2与A板的距离决定。

由此可见，这种装置使相⼲的两束光在相遇之前⾛过的路程相当长，⽽且其路径是互相垂直的，分的很开，这正是它的主要优点之⼀。

从O处向A处观察，除看到M1镜外，还可通过A的半反射膜看到M2的虚像M’2，M1与M2镜所引起的⼲涉，显然与M1、M’2引起的⼲涉等效，M1和M’2形成了空⽓“薄膜”，因M’2不是实物，故可⽅便地改变薄膜的厚度（即M1和M’2的距离），甚⾄可以使M1和M’2重叠和相交，在某⼀镜⾯前还可根据需要放置其他被研究的物体，这些都为其⼴泛的应⽤提供了⽅便。

2．点光源产⽣的⾮定域⼲涉⼀个点光源S发出的光束经⼲涉仪的等效薄膜表⾯M1和M’2反射后，相当于由两个虚光源S1、S2发出的相⼲光束（图3.1.1-2）。

若原来空⽓膜厚度（即M1和M’2之间的距离）为h，则两个虚光源S 1和S 2之间的距离为2h ，显然只要M 1和M’2（即M 2）⾜够⼤，在点光源同侧的任⼀点P 上，总能有S 1和S 2的相⼲光线相交，从⽽在P 点处可观察到⼲涉现象，因⽽这种⼲涉是⾮定域的。

大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案第一篇：大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案学号：姓名：班级：迈克尔逊干涉仪教案实验题目迈克尔逊干涉仪理论部分实验性质基础物理实验实验学时1学时教师黄星教学目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构2、掌握迈克尔逊干涉仪的实验原理（等倾干涉）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2、薄膜厚度的变化与条纹的关系：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备注课堂教学过程的设计一、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）)二、原理（*尽可能简洁，准确。

没有人喜欢复杂。

多问问自己，这个问题能不能简化，它引入这些复杂的东西的目的是什么？要解决什么问题？一定要这么做吗？然后你会发现，有的时候不得不这样做，这已经是最简单的理解方法了。

）（1）等倾干涉A.等倾干涉的产生条件（*前提，任何事情发生都有条件）两表面平行，垂直入射（重点），以一定角度入射（了解下即可），点光源。

（*让同学们明白为什么形成同心圆：相同倾角，反射光的光程差就相同，同一角度上要么都加强，要么都减弱）B.等倾干涉的特点薄膜厚度改变与条纹冒出数量的正比关系(*基本原理，重点)C.利用等倾干涉，我们能干什么？（*讲完理论，马上看看这个公式怎么用，什么含义，举几个简单的例子，帮助理解和加深印象）（2）从理论模型到实验的具体化A.薄膜干涉条纹的观察中遇到的困难，回答同学们的疑问，为什么是十字形的光路？为什么引入45度角的半反射镜？（重点、难点）B.为什么要在与光源平行的分光路上加一面厚玻璃？（补偿光程差）C.动态演示三、知识点的拓展(*拓展知识面，了解这个知识的用途，从而发散思维，为后面新知识的生长创造条件。

那么对于迈克尔逊干涉仪，是在大一下学期进行的，此时可能正准备学习狭义相对论的初步，那么可以往这边拓展一下,并不需要掌握，而是预热)A.迈克尔逊干涉仪的发明与作用，牛顿力学体系（伽利略变换）的问题。

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。