迈克尔逊干涉仪的调节和使用

• 参考实验3.11 干涉法测量固体的线胀系数
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用迈克尔逊干涉仪测量物质折射率
• 用迈克尔逊干涉仪的白光干涉条纹可以测量M1镜 的位置。将待测薄玻璃片置入有M1镜的臂中，再 次调出白光干涉条纹， 这时, 可以测到M1镜的新 位置。
• 参考实验4.9 用迈克尔逊干涉仪测量物质折射率
迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献
• 1907年迈克尔逊因为“发明光学干涉仪并使用 其进行光谱学和基本度量学研究” 而成为美国 历史上第一位诺贝尔物理学奖获得者。 1910-1911年担任美国科学促进会主席。
• 1923-1927年担任美国科学院院长。 月球上的一个环形山是以他的名字命字。
• 1931年5月9日逝世于加利福尼亚的帕萨迪纳。
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迈克尔逊干涉仪的结构与光路
分光板G1
补偿板G2
可动镜M2
刻度盘
固定镜M1
粗调手轮
微调手轮
倾倾度微微调调
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导轨
毫米刻度盘
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沈阳城市学院 迈克尔逊干涉仪的读数系统
主尺
粗动手轮读数窗口
微动手轮
分度值 1mm
分度值10-2mm
分度值10-4mm， 可估读至10-
2d
k
2(d )
k
(d )
(d1 d)2 (d2 d)2 (d3 d)2 (d4 d)2 4 1
波长结果：
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注意事项
• ① 移动仪器时， 只能手握底座上部，不能碰触底座上 部的各个部件.
• ② 动镜M2后面的三颗螺丝以及分光板、补偿板的方位 均已调好，不许用手触摸.
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实验原理
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• 等倾干涉原理
(n2 >n1，薄膜上下表面平行)
L
2与 3的光程差为：
1
M1 n1 n2
M2 n1
iD
A
B
2k
2
P
3 C
e
n2(AB BC) n1AD
2en2
cos
2
2e n22 n12 sin2 i
2
2
(k 1, 2,...)
• 迈克尔逊因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学 和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907 年度诺贝尔物理学奖 .
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沈阳城市学院 对于这个实验，爱因斯坦称赞是“物理学所 有实验中最美的实验”，“迈克尔逊是伟大的 天才”，是“科学家中的艺术家”。这个实验 的成功，归功于迈克尔逊的“科学家的感触手 法，尤其是对于对称形式的感觉”。 迈克尔逊本人体会到，这个实验“需要研究 者有学者的分析智慧、艺术家的审美和诗人的 形象性语言。”
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2、“以太漂移”学说的提出
十八世纪后，惠更斯、杨氏双缝干涉实验证明 了光的波动性，并建立了光的波动理论。人们 为了解释光的传播而引入“以太”的概念。设 想“以太”是弥漫在整个宇宙空间的一种物质。 光借助“以太”这种介质传播。“以太” 的提 出是假设，被当时物理学界所接受。但如何用 实验验证“以太”的存在，许多物理学家用不同 的实验进行了检验，具有代表性的是迈克尔逊 的干涉仪实验最为著名。
• ③ 测量时, 要注意消除传动系统的空程差. • ④ 不要用眼睛直接对着激光. 观察非定域干涉时，也
不许用眼睛直接观看激光干涉条纹，以保证眼睛的安 全. • ⑤ 不许触摸激光电源的高压带电部位.
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数据处理及分析
1.用逐差法计算He－Ne激光的波长.
di＝di4 di
di＝
加强 明纹
2
(2k 1) (k 0,1, 2,...) 减弱 暗纹
2
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2e
n22
n12
sin 2
i
2
干涉条纹的级次K仅与 倾角i有关，点光源S发 出的光线中，具有同一 倾角的反射光线会聚干 涉，形成同一级次圆环 形干涉条纹，称为等倾 干涉条纹。
条纹中心处，入射角i=0
2en2 2
对应条纹级次最高
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• 迈干仪的干三涉实原验理测量原理
反射镜 M1
M1 移动导轨
M1 M2
扩束镜
反
单
射
色 光
镜
源
M2
分光板 G1
补偿板 G 2
G1//G 2 与 M1, M2 成 450角 物理实验教学中心
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M2 的像 M'2 反射镜 M1
d
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源自文库
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实 验 内容
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一、调整迈克尔逊干涉仪及其光路
（1）粗调：① 将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态 ② 调激光器方位，使反射光大致对 称分布
（2）细调：调节M1、M2方位螺钉，使反射光
对准激光出口
调节M2后面的三个螺钉，使最亮的两个点重合
M1 M2
单 色
反 射
光
镜
源
G1
G2
M2
在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉相当于厚度为d的空气
薄膜所产生的干涉，当M1与M2垂直时，即M1与M2‘平
行时，可以观察到等倾干涉条纹。中心处两束相干光的
光程差为 2d
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波长测量原理
两相干光束在空间完全分开，
并可用移动反射镜的方法改变
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3、迈克尔逊－莫雷实验
按经典理论地球在“以太”中绕太阳公转， 就象急驰的火车相对于周围空气运动而产生 一股风一样.也应有一股“以太风”。迈克尔 逊---------莫雷实验就是为了测量“以太风” 而设计的。
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实验装置如图所示
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迈克尔逊干涉仪的调节和使用
Michelson Interferometer
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迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献
1． 阿尔伯特-迈克尔逊简介 （Albert Abrahan Michelson，1852～ 1931） 美国著名实验物理学家： 迈克尔逊，1852 年12月19 日出生于波兰一个犹太商人 家庭，1856年随父母移居美 国.1873年毕业于美国海军学 院。
di 4
＝2 di
k
2.将测得波长λ与公认值λs进行百分差比较. He-Ne激光：λs =632.8nm
3.计算钠双线的波长差，并与公认值Δλs进行百分差比较.
钠光平均波长：λ12=589.294nm钠光双线：Δλs=0.597nm
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思考题
• 1、迈克尔孙干涉仪上的“补偿板”的作 用是什么？它的厚度与实验中采用的光 源有何关系？它的安装位置对实验有什 么样的影响？
迈克尔逊—莫雷实验图 最初的迈克尔逊干涉仪 现代的迈克尔逊干涉仪
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实验目的
➢了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及调 节和使用方法；
➢观察等倾干涉条纹，学会测量He-Ne激 光的波长；
➢学习测定纳光双线的波长差。
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实 验 仪器：
迈史尔逊干涉仪：WSM200 He-Ne激光器：JGQ-250 扩束镜：
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二、测量He-Ne激光的波长,记录动镜M2的位置
di
变化 环数
M2的位置 di(mm)
变化 环数
M2的位置 di(mm)
di / mm di / mm
0
200
50
250
100
300
150
350
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三、数据处理
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波长计算公式
2d
k
波长平均值 波长不确定度
引言
• 迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫 雷合作，为研究 “以太” 漂移实验而设计制造出来的 精密光学仪器，实验结果否定了 “以太” 的存在，促 进了相对论的建立. 此后，迈克尔逊又用它做了两个重 要实验，首次系统地研究光谱线的精细结构，以及直接 将光谱线的波长与标准米尺进行比较. 后人还利用该干 涉仪的原理，研制出各种专用干涉仪.
• 2、什么是空程？测量时应如何操作才能 避免引入空程？
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讲解结束，开始实验！谢谢！
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延伸实验
干涉法测量固体的线胀系数
• 将待测金属杆置于可变热源中， 一端固定， 另 一胀现端 过 有与 程 条平 中 纹面 ， 移镜 动就，M会1推记顶动下牢在M，某1在移个温动温度，度升在区高观间、察移金屏动上属的会杆条发膨纹 数， 就可以计算出其伸长量， 从而测量出该金属 的线胀系数.
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迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献
1883年任俄亥俄州克利 夫兰市开斯应用科学学 院物理学教授
1889年成为麻省伍斯特 的克拉克大学的物理学 教授。
1892年到一个全新的大 学——芝加哥大学任物 理学系教授，并成为该 系第一任系主任。
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沈阳城市学院 （3）微调：调节拉簧，使在屏正中央得
一正圆形干涉条纹
（4）精调：换面光源，调节微调拉簧至 中心条纹大小不随眼睛移动而 改变
（5）. 调节微量读数鼓轮向一个方向转动几圈，直至圆环 涌出(或收缩)，记录M2的初始位置d1。
（6）. 继续按原方向转动微量读数鼓轮，当Δk=30时，记录 M2的位置di，连续测量九次,用逐差法进行数据处理。
两光束的光程差.
M'2 M1
d
d
若中心处为明条纹，则
若改变1反射2d镜的k位1置，使中
心仍为明条纹，则
2 2(d d ) k2
d
1 2
2
1
1 2
k2
k1
1 2
k
G1
G2
M2
2d
k
只要测出干涉仪中M1移动
的距离∆d,并数出相应的“
吞吐”环数∆k,就可求出λ.
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观察干涉圆环的环心，如增大d，k也增大，环 心的级次也增大，环心不断冒出环纹，环纹增多 变密；如减小d，则发生相反的情景，环心不断 缩入环纹，条纹减少变疏。
33＋0.52＋0.00246＝33.52254m6mmm
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主尺
粗动手轮读数窗口
最后读数为：？32.52215mm
微动手轮
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迈克尔逊干涉仪原理图
d
M
1
M2
2 G1 G2 M1
1
半透半 1’ 2’ 补偿板 反膜
迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与M1 、M2之间的空气薄膜产生的干涉一样。