邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn) 無非2班 袁鵬 一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 學(xué)習(xí)按一定原理自行組裝儀器的技能，通過自行組裝邁克爾遜干涉儀學(xué)習(xí)光路的調(diào)整。2、 學(xué)習(xí)在組裝的邁克爾遜干涉儀上開拓應(yīng)用的技能。3、 在組裝的邁克爾遜干涉儀上進(jìn)行壓電晶片電致伸縮效應(yīng)的觀測。粗略測出壓電晶片的壓電系數(shù)。二實(shí)驗(yàn)原理1、邁克爾遜干涉儀的原理。邁克爾遜干涉儀是應(yīng)用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉的儀器，儀器的光學(xué)系統(tǒng)由兩個(gè)平面反射鏡M1和M2及兩塊材質(zhì)相同、厚度相等的平行平面玻璃板G1和G2所組成，如上圖所示。從光源S發(fā)出的光，射到分光板G1上，分光板G1后表面有半反射膜，將一束光分解成兩束光；一束為反射光（1），

2、另一束為透射光（2）,他們的強(qiáng)度近似相等。由于G1與M1、M2均成45度角，所以兩束光都垂直的射到M1和M2，并經(jīng)反射后回到G1上的半反射膜，再在觀察處E相遇。因?yàn)楣馐?）、（2）是相干光，若儀器調(diào)整得當(dāng)，便可在E處觀察到干涉圖樣。G2為補(bǔ)償板，其物理性能和幾何形狀與G1相同，它的作用是為了補(bǔ)償光束（2）的光程，使光束（1）和光束（2）在玻璃中的光程完全相等。2、干涉條紋的形成。 由于半反射膜實(shí)質(zhì)上是一塊反射鏡，它使M2在M1附近形成一個(gè)虛像M'2。由于是從觀察處E看到的兩束光好像是從M1和M'2射來的，故可將M'2看成一個(gè)虛平面。因M'2不是實(shí)物，它的表面和

3、M1的表面所夾的空氣薄膜可以任意調(diào)節(jié)。如使M1、M'2平行則形成等厚的空氣薄膜，產(chǎn)生等傾干涉；若不平行則形成空氣劈尖，形成等厚干涉。從而在實(shí)驗(yàn)過程中可以觀察到不同的干涉圖樣。（1）等傾干涉 使M2垂直M1（即M1平行M'2），S又為面光源時(shí)，這就相當(dāng)于空氣平面板所產(chǎn)生的等傾干涉。自M1和M2反射后兩光束的光程差（如果光束（1）、（2）在半反射膜上反射時(shí)無附加光程差）為，式中為M1和M'2間的距離，即為空氣膜厚度。i為入射光M1、M'2鏡表面的入射角。由上式可知，當(dāng)d一定時(shí)，光程差只決定于入射角。面光源上具有相同傾角i的所有光束的光程差也相同，它們在干涉區(qū)域里將形

4、成同一條干涉條紋，這種干涉即為等傾干涉。對應(yīng)不同入射角的光束光程差不相同，形成不同級(jí)次的干涉條紋，便得到一組明暗相間的同心圓環(huán)，條紋定域在無窮遠(yuǎn)處，在E處直接用眼睛就可以觀察到等傾干涉的同心圓環(huán)。（2）等厚干涉 當(dāng)M1、M'2相距很近，并把M'2調(diào)成與M1相交呈很小的角度時(shí)，就形成一空氣劈尖。在劈尖很薄的情況下，從E處便可看到等厚干涉條紋。這時(shí)，兩相干光程差仍可近似的表示為，在M1和M'2的交線處的直線紋稱為中央條紋。在交線上，d=0，光程差為零，條紋為一條直線；在交線附近d很小，i的變化可以忽略，即cosi視為常數(shù)，條紋為一組近似與中央條紋平行的等間距的直條紋，可視為

5、等厚條紋；離交線較遠(yuǎn)處d變大，光程差的改變，除了與膜厚度d有關(guān)外，還受i角的影響，cosi的影響不能忽略。實(shí)際上i很小，2d(1-i2/2)，條紋發(fā)生彎曲。三實(shí)驗(yàn)儀器防振臺(tái) 氦氖激光光源 凸透鏡 可變光欄 直尺 光屏 分束鏡 反射鏡 支架 壓電晶片等四試驗(yàn)計(jì)劃在實(shí)驗(yàn)室，面對零散的實(shí)驗(yàn)儀器，要進(jìn)行邁克爾遜干涉儀實(shí)驗(yàn)，我們需要先對儀器進(jìn)行組裝調(diào)試。在試驗(yàn)臺(tái)上，有一個(gè)氦氖激光源。首先我們就要打開光源的電源，讓氦氖激光器發(fā)射光源。然后將帶有支架的凸透鏡放在發(fā)射激光儀器前端的小孔前，調(diào)節(jié)凸透鏡的高度讓反射的部分光束正好聚焦在小孔上。調(diào)好之后，繼續(xù)將帶有支架的分光板放在與凸透鏡和光源在同一條直線上，并目測

6、調(diào)整使三者的高度一致。然后調(diào)整支架上的分光板，使其與三者所在直線成45度角。調(diào)好之后，將凸透鏡和分光板分別固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。之后，按照上面的邁克爾遜干涉儀的光路圖，將兩反射鏡和光屏分別擺放在相應(yīng)的位置并目測調(diào)整使其高度與凸透鏡、分光板相同。然后，先分別對反射鏡M1 、M2進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其反射通過分光鏡之后的光線能夠打到光屏上。在光屏上出現(xiàn)了兩個(gè)光斑之后，先粗調(diào)反射鏡使兩光斑靠近。調(diào)好后，就可以將兩反射鏡M1、M2 分別固定在相應(yīng)的位置。為了觀察到干涉現(xiàn)象，接下來我們就要通過微調(diào)反射鏡使兩個(gè)光斑相交并產(chǎn)生干涉條紋圖樣。經(jīng)過微調(diào)之后，就可以在光屏上看到干涉圖樣了。 等傾干涉和等厚干涉是面光源產(chǎn)生的定域

7、干涉。所以，在實(shí)驗(yàn)中不需要在光源發(fā)射器前面加一凸透鏡對光束進(jìn)行聚焦形成點(diǎn)光源。在打開電源發(fā)射光束之后，將分光板放在與光源同一直線上并目測調(diào)整其高度與發(fā)射光束的光孔相同。然后也是按照實(shí)驗(yàn)原理圖將兩個(gè)反射鏡和光屏放在相應(yīng)位置。對兩反射鏡分別進(jìn)行粗調(diào)，使反射通過分光鏡之后的光束打在光屏上。然后將反射鏡進(jìn)行固定，固定之后再對反射鏡進(jìn)行微調(diào)，使兩個(gè)光斑相交產(chǎn)生干涉條紋圖樣。在實(shí)驗(yàn)中要十分注意兩反射鏡必須完全垂直，否則將不能形成等傾干涉。等厚干涉實(shí)驗(yàn)儀器的組裝步驟與等傾干涉基本一致。只是在兩反射鏡的反射光束時(shí)不需要將兩反射鏡擺放的完全垂直，而是應(yīng)該有細(xì)微的偏斜。在進(jìn)行反射鏡微調(diào)的過程中就可以在光屏上看到等

8、厚和等傾干涉條紋圖樣。在測壓電晶片的壓電系數(shù)時(shí)，首先需要將壓電晶片固定在一反射鏡的背面。由于壓電系數(shù)K=d/U，要測壓電系數(shù)，只要測出通電后電壓晶片的伸縮量d，而d的測量可以利用等傾干涉的實(shí)驗(yàn)原理來進(jìn)行。先將儀器按照上述等傾干涉的步驟組裝，將固定有壓電晶片的反射鏡組裝固定好后，先不對壓電晶片通電進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。利用邁克爾遜干涉儀，調(diào)整反射鏡使光屏上可看到同心圓干涉條紋。然后再給壓電晶片通電，改變壓電晶片上的電壓，使其由零逐漸上升，干涉條紋便由中心向外不斷增加，當(dāng)條紋中心正好出現(xiàn)N個(gè)條紋時(shí)，記下此時(shí)壓電晶片的兩端的電壓U。由于光束的波長實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)給出，所以可以根據(jù)公式求得壓電晶片的伸長量為d=N/2，

9、從而可求得壓電系數(shù)k=d/U。五實(shí)驗(yàn)心得與體會(huì) 經(jīng)過一周的設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)，我的感觸頗多。以前一直以為，只要理論知識(shí)學(xué)的好，實(shí)踐就應(yīng)該沒什么問題?？墒牵?dāng)真正的實(shí)踐起來時(shí)卻發(fā)現(xiàn)事實(shí)不是那么一回事。理論知識(shí)往往是分塊的、比較零散的，可是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)往往需要我們把所學(xué)的知識(shí)全部綜合起來運(yùn)用。這往往就考驗(yàn)著我們所學(xué)的知識(shí)是否掌握的牢固，同時(shí)也考驗(yàn)著我們是否能將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系綜合的應(yīng)用。還有，團(tuán)隊(duì)性的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，往往還考驗(yàn)著我們的組織協(xié)調(diào)能力。如果光有個(gè)人能力而缺乏團(tuán)隊(duì)合作，實(shí)驗(yàn)也可能會(huì)很難完成。在邁克耳遜干涉儀實(shí)驗(yàn)中，組裝調(diào)試邁克耳遜干涉儀是一個(gè)比較困難的步驟。由于各元件都是零散的，要組裝成完整可以使

10、用的干涉儀，就需要耐心的進(jìn)行組裝調(diào)試，并不斷對元件進(jìn)行調(diào)節(jié)，只有這樣才能最終組裝成一個(gè)可以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的干涉儀。實(shí)驗(yàn)時(shí)，在完成等傾干涉和等厚干涉的過程中，我們需要對兩反射鏡進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)節(jié)控制，不然就很難觀察到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。等傾干涉的條件是需要使兩反射鏡垂直，且S為面光源。這在實(shí)驗(yàn)時(shí)就要特別的注意。而等厚干涉則是需要使兩反射鏡不完全的垂直，要使得M'2與M1之間存在空氣劈尖，只有完全做到了才能產(chǎn)生等厚干涉。倘若在實(shí)驗(yàn)時(shí)我們忽略了這些條件，那么就很難在試驗(yàn)中觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同時(shí)，如果我們在實(shí)驗(yàn)時(shí)有觀察不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的問題發(fā)生而卻不知道實(shí)驗(yàn)的問題出在哪里，這就說明我們的理論知識(shí)還學(xué)得不夠扎

11、實(shí)。此實(shí)驗(yàn)最難的部分恐怕還要算測壓電晶片的壓電系數(shù)了。因?yàn)檫@一部分需要我們自己去進(jìn)行設(shè)計(jì)，倘若對實(shí)驗(yàn)原理和壓電晶片的工作原理不了解的話，我們就會(huì)覺得無從下手。所以在實(shí)驗(yàn)之前不僅要對干涉儀的工作原理有了解，還要對壓電晶片的工作原理也有所了解。同時(shí)，這樣的自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)還可以讓我們發(fā)揮自己的創(chuàng)新性。對我們的創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)也有很大的益處。所以，這樣的實(shí)驗(yàn)可謂是一舉兩得，對我們來說具有很重要的意義。通過實(shí)驗(yàn)之后，我還了解到一些要特別注意的事情。因?yàn)檫~克耳遜干涉儀實(shí)驗(yàn)所用的光源是激光，實(shí)驗(yàn)時(shí)我們要特別注意不要讓激光直射入眼睛，否則可能會(huì)造成視網(wǎng)膜永久性的傷害。同時(shí)，也不能一直看著激光發(fā)出的光，看太久了也會(huì)對眼睛造成傷害。另外，為了保證我們自身的安全，我們絕對不可觸及激光器兩端的高壓電極。由于邁克耳遜干涉儀是一種精密的光學(xué)儀器，所以在做實(shí)驗(yàn)時(shí)個(gè)光學(xué)表面要保持清潔，嚴(yán)禁用手觸摸。調(diào)整時(shí)必須仔細(xì)、認(rèn)真、小心、輕緩，嚴(yán)禁用力過猛，損壞儀器。其次，在組裝光路前要將防振臺(tái)調(diào)水平。各光學(xué)鏡片也要輕拿輕放，不能用手觸摸鏡片，將各光學(xué)器件調(diào)成等高。在實(shí)驗(yàn)過程中，還應(yīng)該要保持實(shí)驗(yàn)室的安靜，動(dòng)作要輕，不可有大、重動(dòng)作，不能隨意之后走動(dòng)和對著防振臺(tái)大聲說