预习思考题_迈克耳逊干涉仪

迈克尔逊干涉仪实验思考题迈克尔逊干涉仪是一种经典的干涉实验装置，用于测量光的干涉和波长。

以下是一些关于迈克尔逊干涉仪的实验思考题：1. 迈克尔逊干涉仪的工作原理是什么？请详细描述。

答：迈克尔逊干涉仪包括一个光源、一个分光镜和两个反射镜。

光源发出的光通过分光镜分成两束，一束直接射向一个反射镜，另一束照射到另一个反射镜后再反射回来。

两束光在分光镜处再次相遇，并会产生干涉。

干涉光会通过分光镜的两个出射口分别传到两个接收屏上，形成干涉图样。

根据干涉图样的变化，可以测量光源发出的光的干涉和波长。

2. 迈克尔逊干涉仪可以用来测量光的波长吗？如果可以，请描述具体的测量步骤。

答：是的，迈克尔逊干涉仪可以用来测量光的波长。

具体的测量步骤如下：(1) 调节迈克尔逊干涉仪使两束光在干涉处相遇，观察干涉图样。

(2) 微调一个反射镜，使干涉图样发生移动，然后移动接收屏，使干涉图样回到原来的位置。

(3) 测量接收屏移动的距离，并记录下来。

(4) 根据接收屏移动的距离和光的干涉公式，可以计算出光的波长。

3. 迈克尔逊干涉仪在什么条件下产生干涉？请解释原因。

答：迈克尔逊干涉仪在两束光的相干性比较好的条件下才能产生干涉。

两束光的相干性好意味着它们具有一致的波长、相同的频率和相同的相位。

只有这样，两束光才会发生干涉，干涉图样才能形成。

4. 迈克尔逊干涉仪的哪些因素会影响干涉图样的形状？答：迈克尔逊干涉仪的干涉图样受到多种因素的影响，主要包括：(1) 光源的波长和相干性：不同波长的光源会产生不同的干涉图样，相干性差的光源可能无法产生明显的干涉图样。

(2) 分光镜和反射镜的质量和稳定性：分光镜和反射镜的表面平整度和反射率会影响干涉图样的清晰度和亮度。

(3) 干涉仪的调节和稳定性：干涉仪调节的角度和位置精度越高，干涉图样的形状就越理想。

(4) 外界环境因素：如温度、湿度和空气流动等，都会对干涉图样的形状产生一定影响。

这些是一些迈克尔逊干涉仪实验的思考题，通过对这些问题的了解，可以更好地理解迈克尔逊干涉仪的工作原理和应用。

光学实验思考题提示实验7 分光计调整与使用【预习思考题】1、分光计由哪几个主要部件组成？它们的作用是什么？提示：(P.70，附录 分光计的结构)2、对分光计的调节要求是什么？如何判断调节达到要求？怎样才能调节好？提示：（1）对分光计调整的要求：① 望远镜、平行光管的光轴均垂直于仪器中心转轴；② 望远镜对平行光聚焦（即望远调焦于无穷远）；③ 平行光管出射平行光；（2）各部分调节好的判断标志① 望远镜对平行光聚焦的判定标志——从望远镜中同时看到分划板上的黑十字准线和绿色反射十字像最清晰且无视差。

（用自准直光路，调节望远镜的目镜和物镜聚焦） ② 望远镜光轴与分光计中心转轴垂直的判定标志——放在载物台上的双面反射镜转180o 前后，两反射绿色十字像均与分划板上方黑十字线重合。

（用自准直光路和各半调节法调整）③ 平行光管出射平行光的判定标志——在望远镜调节好基础上，调节平行光管聚焦，使从调好的望远镜看到狭缝亮线像最清晰且与分划板上的黑十字线之间无视差。

（操作：把调节好的望远镜对准平行光管，调节平行光管物镜聚焦）④ 平行光管光轴与望远镜光轴共线并与分光计中心轴垂直的判定标志——使夹缝亮线像竖直和水平时能分别与望远镜分划板上的竖直黑十字线和中心水平黑十字线重合。

（把调节好的望远镜对准平行光管，配合调节平行光管的仰角螺钉）3、本实验所用分光计测量角度的精度是多少？仪器为什么设两个游标？如何测量望远镜转过的角度？提示：①精度——仪器能读准的最小分度；②P.72最后一段；③参看P.69ϕ和min δ的测量式。

4、在分光计调节使用过程中，要注意什么事项？提示：P.70【思考题】1、测棱镜顶角还可以使用自准法，当入射光的平行度不好时，用哪种方法测顶角误差较小？ 提示：ϕ21=A 的成立条件是入射光是平行光； 2、是否对有任意顶角A 的棱镜都可以用测量最小偏向角的方法来测量它的材料的折射率？ 提示：①），22sin sin (sin )2sinarcsin(22111min A r A n r n i A n A i ====-=δ 3、假设平面镜反射面已经和转轴平行，而望远镜光轴和仪器转轴成一定角度β，则反射的小十字像和平面镜转过1800后反射的小十字像的位置应是怎样的？此时应如何调节？试画出光路图。

实验15 迈克耳孙干涉仪的调节与使用19世纪末，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，设计制造了迈克尔孙干涉仪这一精密光学仪器。

迈克尔孙与其合作者用这仪器完成了相对论研究中具有重要意义的“以太”漂移实验，实验结果否定了“以太”的存在，为爱因斯坦建立狭义相对论奠定了基础。

在近代物理学和近代计量科学中，迈克尔孙干涉仪不仅可以观察光的等厚、等倾干涉现象，精密地测定光波波长、微小长度、光源的相干长度等，还可以测量气体、液体的折射率等。

迈克尔孙1907年获诺贝尔物理学奖。

迈克尔孙干涉仪的基本原理已经被推广到许多方面，研制成各种形式的精密仪器，广泛地应用于生产和科学研究领域。

近年来，美国物理学家正在用40m ×40m 的迈克尔孙干涉仪探测引力波。

1 [实验目的]1.1了解迈克耳孙干涉仪的基本结构，学习其调节和使用方法。

1.2观察各种干涉条纹，加深对薄膜干涉原理的理解。

1.3测定激光的波长。

2 [实验仪器]迈克耳孙干涉仪(WSM-100型)，多束光纤激光器，钠光灯。

3 [仪器介绍]WSM-100型迈克耳孙干涉仪的主体结构如图16-1所示，主要由底座、导轨、拖板、定镜、读数及传动系统、附件等六个部分组成。

3.1底座底座由生铁铸成，较重，确保证了仪器的稳定性。

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。

3.2导轨导轨7由两根平行的长约280毫米的框架和精密丝杆6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，如图16-2所示。

3.3拖板部分拖板是一块平板，反面做成与导轨吻合的凹槽，装在导轨上，下方是精密螺母，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（即M 1）在导轨面上滑动，实现粗动。

M 1是一块很精密的平面镜，表面镀有金属膜，具有较高的反射率，垂直地固定在拖板上，它的法线严格地与丝杆平行。

迈克尔逊干涉仪干涉现象实验报告思考题
1、介绍迈克尔逊干涉仪实验的基本原理及实验过程。

迈克尔逊干涉仪实验是检验电磁波的叠加现象的实验，实验过程如下：将双翅片系统的光源（激光或其它）安装在迈克尔逊干涉仪，使光线从激
光源反射到光幕上形成叠加像。

两个波源的叠加像被转动后，叠加出的影
像在检查光幕上会发生改变。

2、在迈克尔逊干涉仪实验中，两个激光源的频率或波长相同时会发
生什么？
如果两个激光源的频率或波长相同，那么他们会叠加起来，形成一个
较大的光束，并出现积累和相干现象。

另外，由于叠加的结果，改变两个
源的光线累积的位置，那么在反射的光源上也会出现改变。

一、 等倾干涉的特‎点00222cos 2λλk i h n L =+=∆（a ） 干涉条纹为同‎心圆环（b ） 中心条纹的干‎涉级数高（c ） 厚度增大，条纹外涌： 中心点：220λλN n k h =∆=∆二、 迈克尔逊干涉‎仪是如何发明‎的？是用来干什么‎的？以太漂移实验‎迈克尔逊的名‎字是和迈克尔‎逊干涉仪及迈‎克尔逊－莫雷实验联系‎在一起的，实际上这也是‎迈克尔逊一生‎中最重要的贡‎献。

在迈克尔逊的‎时代，人们认为光和‎一切电磁波必‎须借助绝对静‎止的“以太”进行传播，而“以太”是否存在以及‎是否具有静止‎的特性，在当时还是一‎个谜。

有人试图测量‎地球对静止“以太”的运动所引起‎的“以太风”，来证明以太的‎存在和具有静‎止的特性，但由于仪器精‎度所限，遇到了困难。

麦克斯韦曾于‎1879年写‎信给美国航海‎年历局的D.P.托德，建议用罗默的‎天文学方法研‎究这一问题。

迈克尔逊知道‎这一情况后，决心设计出一‎种灵敏度提高‎到亿分之一的‎方法，测出与有关的‎效应。

1881年他‎在柏林大学亥‎姆霍兹实验室‎工作，为此他发明了‎高精度的迈克‎尔逊干涉仪，进行了著名的‎以太漂移实验‎。

他认为若地球‎绕太阳公转相‎对于以太运动‎时，其平行于地球‎运动方向和垂‎直地球运动方‎向上，光通过相等距‎离所需时间不‎同，因此在仪器转‎动90°时，前后两次所产‎生的干涉必有‎0.04条条纹移‎动。

迈克尔逊用最‎初建造的干涉‎仪进行实验，这台仪器的光‎学部分用蜡封‎在平台上，调节很不方便‎，测量一个数据‎往往要好几小‎时。

实验得出了否‎定结果。

改进仪器1884年在‎访美的瑞利、开尔文等的鼓‎励下，他和化学家莫‎雷（Morley ‎,Edward ‎ Willia ‎ms ，1838～1923）合作，提高干涉仪的‎灵敏度，得到的结果仍‎然是否定的。

1887年他‎们继续改进仪‎器，光路增加到1‎1米，花了整整5天‎时间，仔细地观察地‎球沿轨道与静‎止以太之间的‎相对运动，结果仍然是否‎定的。

迈克尔逊干涉仪一、 预习思考题1． 实验过程中，使用光纤电源时应注意什么？工作时会有所发热，此为正常现象，应注意尽量将其置于通风的地方。

2． 干涉仪在调出条纹之后，如何调节测微尺（微调手轮）的零点？将微调手轮调到零刻线，然后再调节粗动手轮，使观察读数窗口的刻线到整刻线。

二、 实验目的：了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理；利用迈克尔逊干涉仪观察干涉现象；利用迈克尔逊干涉仪测氦氖激光的波长。

三、 实验仪器设备等厚干涉时()22cos 22λj i h = 干涉相长； ()212cos 22λ+=j i h 干涉相消。

当02≈i ， d N =2λ Nd 2=λ 五、 实验步骤调平；布置激光器、升降台使光点处在两反射镜的中心，直到观察屏上出现四个光点；调节两反射镜后面的调节螺丝，直到两排光点完全重合；放置扩束镜待出现圆形花样，调节水平、竖直拉杆螺丝，至花样处在观察屏正中、花样正圆。

读数系统调零；中心每冒出（或陷入）50个条纹记录动镜的位置，直至250个为止。

六、 原始数据记录注意：镜的位置读数由三部分组成：在毫米直尺上读出毫米整刻度数；在读数窗口内的圆分度盘上读出毫米以下2位，在微调手轮上读出毫米以下5位，其中第5位为七、 实验数据处理注意：（1） 波长λ（通过简单运算得到）可认为是直接测量量，其A 类不确定度、B 类不确定度、总不确定度等有关概念参见《实验讲义》。

（2） 贝塞耳公式、平均值的标准差参见《实验讲义》。

（3） 不确定度取几位有效数字及截断方法参见《实验讲义》。

（4） 测量结果的规范表示参见《实验讲义》。

（5） 如何用逐差法处理实验数据参见《实验讲义》。

每隔50环记录一次M 1镜位置，连续数250环，分别记录M 1镜的6次位置，用逐差法获得三个波长测量值，再用贝塞耳公式计算波长的标准差： =--=∑=1)(12n D S n i ni λλλ11.94731 nm 波长平均值的标准差：==nS S λλ 6.897985 nm因测量次数只有三次，须乘以t 因子作为波长测量A 类不确定度，即 =⋅=λμS t A 68.09.10 nm（n=3,t 0.68=1.32,有关t 因子的概念参见《实验讲义》）波长测量的B 类不确定度主要考虑仪器示值误差，若以仪器最小分度作为仪器的示值误差限，折合成标准偏差，并考虑到每次d ∆测量中含有75个波长，则3751014-⨯=B μmm=0.77nm 波长的合成不确定度： u==+22B A μμ9.13 nm 波长的测量结果：nm )13.900.662(±=±=μλλ (P=0.68)八、 思考题1． 为什么只有在1M , 2M '很靠近时，用光点重合法才比较容易调出干涉条纹（从视差原理分析）？由()22cos 22λj i h =知，对于一定干涉级j 的条纹,若h 较大，22π≈i 不但光强较小，而且难以观察到干涉花样。

物理实验预习实验报告册实验二：高电势电位差计的应用P8页预习思考题电位差计是测量【电动势或电压】的仪器，其基本原理是采用了【电位补偿法】。

它可以消除一般电压接入电路时由于【电压表分流】作用而产生的【系统】误差。

定标是确定电路的工作【电流】。

在测量未知电动势时，若无论如何调节，电位差计的检流计指针总是偏向一边，则是【极性】接入错误。

电位差计的灵敏度【xEnS∆∆=】电位差计的仪器误差限【)101%(x insEk+=∆】电位差计的灵敏度误差限【Ssσ=∆】实验四：用拉伸法测量金属的杨氏弹性模量P12页预习思考题从杨氏弹性模量定义出发，根据光杠杆放大原理，写出放大倍数的公式及杨氏弹性模量的实验计算公式光杆杆放大倍数【bL2】；杨氏模量【NbdmLglY∆∆=28π】次试验中需测量的长度量及长度变化量有:【d（钢丝直径）l(钢丝原长) b（光杆常数）L(标尺到光杆反射镜面的距离) N∆（标尺读书变化量）】分别用：【螺旋测微器钢尺钢尺钢尺光杠杆镜尺装置中的标尺】测量他们（填使用的测量工具名称）。

差数平均法是用来处理【两个】被测变量，且一个是【等距变化】的自变量，另一个是【因变量】。

其优点是可以【充分利用】测量数据、取【平均值】和减少【系统误差】。

实验五：双臂电桥测量低值电阻P16页预习思考题双臂电桥消除附加电阻影响的关键措施是采用了电阻的【四端接法】。

从数据处理方法的角度来考虑，作图法计算出的结果【不是最佳唯一】，最小二乘法计算出的结果【是最佳唯一】。

一元线性回归方程是【bax Y +=】,利用最小二乘法可以求出直线的【截距0R 】和【斜率k 】。

已知xR 数量级是Ω-110,标准电阻Ω=1.0N R ，估算2R 的数量级是【310-】Ω实验六：空气中声速的测量 P20页预习思考题驻波的两个相邻最大振幅(波腹)或最小振幅（波节）之间的距离等于【2λ】，于是改变接收换能器与发射换能器之间的距离就可用观察接收换能器接收的正弦波信号；可用【游标卡尺】测量两个相邻波腹波节之间接收换能器的移动距离；根据信号源上所显示的超声波频率，从而的出波在空气中的速度【fV λ=】，只就称为【驻波法】。

2 迈克尔逊干涉仪的调整和使用仪器简介迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷发明的分振幅法双光束干涉仪，其主要特点是两相干光束分得很开，且它们的光程差可通过移动一个反射镜（本实验采用此方法）或在一光路中加入一种介质来方便地改变，利用它可以测量微小长度及其变化，随着应用的需要，迈克尔逊干涉仪有多种多样的形式。

迈克尔逊干涉仪的结构如图，一个机械台面5固定在较重的铸铁底座2上，底座上有三个调节螺丝钉1，用来调节台面的水平。

在台面上装有螺距为1毫米的精密丝杆6，丝杆的一端与齿轮系统12相连接，转动手轮13或微调鼓轮15，都可使丝杆转动，从而使卡在丝杠上的平面镜M 2沿着导轨7移动。

M 2镜的位置及移动的距离可从装在台面左侧的毫米标尺（未画出）、读数窗11及微调鼓轮15上读出。

手轮和微调鼓轮圆周均被分成100小格，微调鼓轮每转一周，手轮就转过1格；手轮每转过一周（由读数窗读出），M 2镜就平移1毫米。

由此可见，三个位置读数时，最小刻度有如下关系：毫米标尺（直线）∶手轮（读数窗）∶微调鼓轮（刻度圆周）＝104∶102∶1根据有效数字的特点，在微调鼓轮圆周上还可估读一位，即以毫米为单位记录M 2镜的位置时，应保留到10-5。

M 1镜是固定在镜台上的，M 1 、M 2两镜的后面各有三个螺丝钉4，可改变镜面倾斜度（实验中只调节M 1镜后的螺丝），M 1镜台下面还有一个水平微调螺丝和一个垂直微调螺丝，其松紧使镜台产生一极小的形变，从而可以对M 1镜的倾斜度作更精细的调节，G 1和G 2分别为分光板和补偿板。

M 1 、M 2和G 1的内表面都镀了银（便于反射光线，其中G 1的内表面为半反射面）。

在操作及测量读数时要注意：(1)分光板G 1、补偿板G 2和平面镜M 1（M 2）均成45°角，且已固定在基座上，调节时动作要轻，不得强扳。

(2)分光板G 1、补偿板G 2、平面镜M 1和平面镜M 2均为精密光学元件，必须保持清洁，切忌6精密丝杆(附标尺)11 读数窗 12 13 15 14 16触摸或拆卸，也不要擦拭光学表面。

迈克尔逊干涉仪思考题还有哪几种干涉仪？1、斐索干涉仪斐索干涉仪原理为等厚干涉，用以检测光学元件的面形、光学镜头的波面像差以及光学材料均匀性等的一种精密仪器。

其测量精度一般为/10～/100,为检测用光源的平均波长。

常用的波面干涉仪为泰曼干涉仪和斐索干涉仪。

斐索干涉仪有平面的和球面的两种，前者由分束器、准直物镜和标准平面所组成，后者由分束器、有限共轭距物镜和标准球面所组成。

单色光束在标准平面或标准球面上，部分反射为参考光束；部分透射并通过被测件的，为检测光束。

检测光束自准返回，与参考光束重合，形成等厚干涉条纹。

用斐索平面干涉仪可以检测平板或棱镜的表面面形及其均匀性。

用斐索球面干涉仪可以检测球面面形和其曲率半径，后者的测量精度约1微米；也可以检测无限、有限共轭距镜头的波面像差。

斐索光纤干涉仪如图所示。

光源发出的激光束经偏振片P1、3dB分路器及传输光纤耦合进自聚焦透镜GL，由GL出射的光束照到被测物体的表面，自聚焦透镜GL的入射端面M1于被测物体的表面M2构成斐索干涉腔，M1和M2的反射光束相干，相干光经3dB分路器分束通过偏振片P2后由光电探测器接收。

偏振片P1与P2正交放置，以消除自聚焦透镜GL 入射端面回射光的干扰。

外界信号（被测量）通过改变斐索腔二反射面M1和M2之间的间距对光纤中的光相位进行调制。

2、激光干涉仪激光干涉仪，以激光波长为已知长度，利用迈克耳逊干涉系统测量位移的通用长度测量。

激光干涉仪可配合各种折射镜、反射镜等来作线性位置、速度、角度、真平度、真直度、平行度和垂直度等测量工作，并可作为精密工具机或测量仪器的校正工作。

单频激光干涉仪从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。

当可动反射镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按公式中λ为激光波长(N为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。