邁克耳孫干涉儀實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱: 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)名稱: 邁克爾遜干涉儀 學(xué)院: 專業(yè)班級(jí): 學(xué)生姓名: 學(xué)號(hào): 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)： 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B308 位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 第周星期二下午13：00開始 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)方法并觀察各種干涉圖樣.2.區(qū)別等傾干涉、等厚干涉和非定域干涉，測(cè)定He-Ne激光波長(zhǎng)二、實(shí)驗(yàn)原理：1.儀器的構(gòu)造圖40-1為干涉儀的實(shí)物圖，圖40-2為其光路示意圖.其中M1和M2為兩平面反射鏡，M1可在精密導(dǎo)軌上前后移動(dòng)，而M2是固定的. P1是一塊平行平面鏡，板的第二表面（靠近P2的面）涂以半反射膜，它和全反射鏡M1成45°角. P2是一塊補(bǔ)償

2、板，其厚度及折射率和P1完全相同，且與P1平行，它的作用是補(bǔ)償兩路光的光程差，使兩束光分別經(jīng)過(guò)厚度和折射率相同的玻璃三次.從而白光實(shí)驗(yàn)時(shí)，可抵消光路.中分光鏡色散的影響.放松刻度輪止動(dòng)螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)刻度輪，可使反射鏡M1沿精密導(dǎo)軌前后移動(dòng)，當(dāng)鎖緊止動(dòng)螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)微量讀數(shù)鼓輪時(shí)，通過(guò)蝸輪蝸桿系統(tǒng)可轉(zhuǎn)動(dòng)刻度輪，從而帶動(dòng)M1微微移動(dòng)，微量讀數(shù)鼓輪最小格對(duì)應(yīng)值為10-4，可估讀到10-5，刻度輪最小分度值為10-2. M1的位置讀數(shù)由導(dǎo)軌上標(biāo)尺、刻度輪和微量讀數(shù)鼓輪三部分組成.反射鏡M2背后有三個(gè)螺釘，用以粗調(diào)M2的傾斜度，他的下方還有兩個(gè)相互垂直的微調(diào)螺絲，以便精確調(diào)節(jié)M2的方位.2.干涉條紋的圖樣由于光

3、源性質(zhì)的不同，用邁克耳孫干涉儀可觀測(cè)定域干涉和非定域干涉.（1）當(dāng)使用擴(kuò)展的面光源時(shí)只能獲得定域干涉.定域干涉因形成的干涉條紋有一定的位置而得名.定域干涉又分為等傾干涉和等厚干涉，這取決于M1和M2是否垂直，或者說(shuō)M1和M2'是否平行. M2'是反射鏡M2被分光板P1反射所成的虛像.（a）等傾干涉當(dāng)M1和M2'互相平行時(shí)，得到的是相當(dāng)于平行平面的等傾干涉條紋，七干涉圖樣定位于無(wú)限遠(yuǎn)，如果在E處放一會(huì)聚透鏡，并在其焦平面上放一屏，則在屏上可觀察到一圓圈的同心圓.對(duì)于入射角i相同的各束光，如右圖所示，其光程差均為 =2dcosi (40-1)對(duì)于k級(jí)亮條紋，顯然是由滿足下式

4、的入射光而成的 =2dcosi=k (40-2)在同心圓的圓心處i=0，干涉條紋的級(jí)數(shù)最高，此時(shí)有 =2d=k (40-3)當(dāng)移動(dòng)M1使間距d增加時(shí)，圓心的干涉次級(jí)增加，我們就可以看到中心條紋一個(gè)一個(gè)向外“冒出”，而當(dāng)d減小時(shí)，中心條紋將一個(gè)一個(gè)地“縮”進(jìn)去.每“冒出”或“縮進(jìn)”一個(gè)條紋，d就增加或減少了2.如果測(cè)出M1移動(dòng)的距離d，算出相應(yīng)的“冒出”或“縮進(jìn)”的條紋個(gè)數(shù)k，就可以算出光源的波長(zhǎng)：=2dk（b）等厚干涉當(dāng)M1和M2'不平行而有一個(gè)很小的角度時(shí)，行程一個(gè)楔形的空氣層，這時(shí)就將出現(xiàn)等厚干涉條紋，如圖40-3所示.當(dāng)d很小時(shí)，即M1和M2'相交時(shí)，由面光源上發(fā)出的光束

5、，經(jīng)楔形空氣薄層兩面反射所產(chǎn)生的等厚干涉條紋定位于楔形空氣層的表面.要看清這些條紋，眼睛必須聚焦在M1鏡附近，也可用凸透鏡將空氣楔成像在其共軛面上.此時(shí)，相干處的光程差公式仍如上面的式子（40-1），由于d很小，光程差的變化主要取決于d的變化，入射角變化的影響可以忽略不計(jì).因此在空氣楔上厚度相同的地方有相同的光程差，我們就可以觀察到平行于楔棱的直紋條.當(dāng)d增大時(shí)，入射角i的變化對(duì)光程的影響不能忽略，此時(shí)將引起條紋的彎曲，并凸向楔棱一邊，即凸向M1和M2'的交線.(2)非定域干涉用He-Ne激光做光源，使激光束通過(guò)擴(kuò)束鏡匯聚后分散，此時(shí)就得到了一個(gè)想干性很好地點(diǎn)光源.它發(fā)出的球面波先被分

6、光板P1分光，然后射向兩全反射鏡，經(jīng)M1和M2反射后，在人眼觀察方向就得到了兩個(gè)相干的球面波，他們?nèi)缤怯晌挥贛1后的兩個(gè)虛點(diǎn)光源S1和S2產(chǎn)生的，如圖40-4所示.由兩虛點(diǎn)光源產(chǎn)生的兩列球面波，在空間相遇處都能進(jìn)行干涉，干涉條紋不定域，故稱非定干涉.非定干涉的圖樣，隨觀察屏的不同方位和位置不同而不同.當(dāng)觀察屏垂直于S1和S2連線時(shí)，是同心圓條紋，圓心是S1和S2連線延長(zhǎng)線和屏的交點(diǎn).如轉(zhuǎn)動(dòng)觀察屏不同角度，則可看到橢圓，雙曲線和直線等幾種干涉圖樣.如調(diào)節(jié)反射鏡M2的微調(diào)螺釘，使M1平行于M2'，此時(shí)和M1平行放置的觀察屏上就出現(xiàn)同心圓條紋，圓心在光場(chǎng)中心.兩虛點(diǎn)光源的間距為M1和M2間

7、距d的兩倍，即圓心處光程差為2d.與前面討論等傾干涉情況類似，當(dāng)d增加時(shí)，中心條紋一個(gè)個(gè)“冒出”，反之，一個(gè)個(gè)“縮進(jìn)”.這時(shí)同樣也可用公式（40-3）來(lái)計(jì)算波長(zhǎng).三、實(shí)驗(yàn)儀器：邁克爾干涉儀、He-Ne激光器、電源、小孔光闌、擴(kuò)束器（短焦距匯聚鏡）、毛玻璃屏等.四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：1.非定域干涉條紋的調(diào)節(jié)和激光波的測(cè)量移動(dòng)邁克耳孫干涉儀或激光器使激光投射在分光鏡P1和全反射鏡M1和M2的中部，激光束初步和M2垂直.靠近激光器處放一小孔光闌F，讓激光束穿過(guò)小孔，用紙片在M2前擋住激光束，觀察由M1反射產(chǎn)生的光點(diǎn)在小孔光闌上的位置，微微轉(zhuǎn)動(dòng)儀器或調(diào)節(jié)固定激光管的圓環(huán)上的固定螺釘，使三個(gè)光點(diǎn)中的最亮點(diǎn)

8、與小孔重合.然后用紙片擋住M1，調(diào)節(jié)M2后的三個(gè)螺釘，直至M2反射亮點(diǎn)與小孔F重合.這時(shí)，M1和M2大致垂直.在光闌后放一擴(kuò)束鏡使光束匯聚，形成點(diǎn)光源，并使其發(fā)出的球面波照射到P1上，再在E處放置一毛玻璃屏H，這時(shí)在屏上就可以看到干涉條紋，此時(shí)再調(diào)節(jié)M2的兩個(gè)微調(diào)螺釘，使M1和M2'嚴(yán)格平行，在屏上就可看到非定域的同心圓條紋，且圓心位于光場(chǎng)的中間.轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使M1前后移動(dòng)，觀察中心條紋冒出或縮進(jìn)，說(shuō)明M1和M2'之間的距離使增大還是減少.鎖緊刻度盤止動(dòng)螺釘，轉(zhuǎn)動(dòng)微量讀數(shù)鼓輪，使M1移動(dòng)，數(shù)出在圓心處冒出或縮進(jìn)干涉條紋的個(gè)數(shù)k，并記錄M1對(duì)應(yīng)的移動(dòng)距離d便可由公式=2dk用逐差法求

9、出激光的波長(zhǎng).實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)差作絕對(duì)誤差，并寫結(jié)果表達(dá)式.所得波長(zhǎng)平均值與標(biāo)準(zhǔn)值632.8nm比較，求百分誤差.五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理： 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)項(xiàng)12345距離d（）d1=49.57400d2=49.57695d3=49.57995d4=49.58325d5=49.58635次級(jí)k（1）k1=Kk2=K+10k3=K+20k4=K+30k5=K+40項(xiàng)678910距離d（）d6=49.58950d7=49.59265d8=49.59575d9=49.59886d10=49.60215次級(jí)k（1）k6=K+50k7=K+60k8=K+70k9=K+80k10=K+90us=10-4,k=50,0=0.0006328=2i=15di+5-di5×i=15ki+5-ki=i=15di+5-di125=0.000627d=i=15di+5-di5=0.01568d=i=15d-di+5-di25-1=0.00013ud=d2+us2=0.000164u=d2ud2+k2uk2=2k2ud2+0=2kud=0.0000328=±u=627±328nmE=-00×100%=0.91656131%實(shí)驗(yàn)結(jié)果=