邁克耳孫干涉儀調(diào)整及波長測定

1、邁克耳孫干涉儀調(diào)整及波長測定1.了解邁克耳孫干涉儀的結(jié)構(gòu)和原理，掌握調(diào)節(jié)方法；2.用邁克耳孫干涉儀測量He-Ne激光的波長。實(shí)驗(yàn)原理 邁克耳孫干涉儀原理如圖所示。兩平面反射鏡M1、M2、光源 S和觀察點(diǎn)E（或接收屏）四者北東西南各據(jù)一方。M1、M2相互垂直，M2是固定的，M1可沿導(dǎo)軌做精密移動(dòng)。G1和G2是兩塊材料相同薄厚均勻相等的平行玻璃片。G1的一個(gè)表面上鍍有半透明的薄銀層或鋁層，形成半反半透膜，可使入射光分成強(qiáng)度基本相等的兩束光，稱G1為分光板。G2與G1平行，以保證兩束光在玻璃中所走的光程完全相等且與入射光的波長無關(guān)，保證儀器能夠觀察單、復(fù)色光的干涉。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬x器用具邁克耳孫干涉儀 ，

2、 He-Ne激光器，透鏡等(1)(2)邁克耳孫干涉儀光路圖 如上圖所示一束光入射到G1上，被G1分為反射光和透射光，這兩束光分別經(jīng)M1和M2反射后又沿原路返回，在分化板后表面分別被透射和反射，于E處相遇后成為相干光，可以產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。圖中M2是平面鏡M2由半反膜形成的虛像。觀察者從E處去看，經(jīng)M2反射的光好像是從M2來的。因此干涉儀所產(chǎn)生的干涉和由平面M1與M2之間的空氣薄膜所產(chǎn)生的干涉是完全一樣的，在討論干涉條紋的形成時(shí)，只需考察M1和M2兩個(gè)面所形成的空氣薄膜即可。兩面相互平行可到面光源在無窮遠(yuǎn)處產(chǎn)生的等傾干涉，兩面有小的夾角可得到面光源在空氣膜近處形成的等厚干涉。若光源是點(diǎn)光源，則上述兩

3、種情況均可在空間形成非定域干涉。設(shè)M1和M2之間的距離為d，則它們所形成的空氣薄膜造成的相干光的光程差近似用下式表示 若M1與M2平行，則各處d相同，可得等傾干涉。系統(tǒng)具有軸對(duì)稱不變性，故屏E上的干涉條紋應(yīng)為一組同心圓環(huán)，圓心處對(duì)應(yīng)的光程差最大且等于2d,d越大圓環(huán)越密。反之中心圓斑變大圓環(huán)變疏。若d增加 則中心“冒出”一個(gè)條紋，反之d減小 則中心“縮進(jìn)”一個(gè)條紋。故干涉條紋在中心處“冒出”或“縮進(jìn)”的個(gè)數(shù)N與d的變化量d之間有下列關(guān)系可見G2作為補(bǔ)償光程用，故稱之為補(bǔ)償板。G1、G2與平面鏡M1、M2傾斜成45角。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 調(diào)整干涉儀，使干涉儀能觀察到嚴(yán)格的等傾干涉條紋。2. 測量He-

4、Ne激光波長。3. 觀察等厚干涉條紋。根據(jù)該關(guān)系式就可測量光波波長或長度d。 當(dāng)M2與M1之間有一小夾角 且光源接近垂直入射時(shí)，光程差只與d有關(guān)，可獲得定域于M1與M2表面或近處的等厚干涉現(xiàn)象。等厚干涉光路圖光電效應(yīng)及普朗克常數(shù)測定實(shí)驗(yàn)?zāi)康膬x器用具實(shí)驗(yàn)原理1. 了解光電效應(yīng)的基本規(guī)律，加深對(duì)光量子論的認(rèn)識(shí)；2.了解光電管的結(jié)構(gòu)和性能，測定其基本特性曲線，為正確使用光電管提供依據(jù)；3.驗(yàn)證愛因斯坦光電效應(yīng)方程，測定普朗克常數(shù)。4.學(xué)習(xí)用作圖法和線性擬合法處理數(shù)據(jù)。GD-1型光電效應(yīng)測試儀，導(dǎo)線，鋼直尺當(dāng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬中某些電子獲得能量而逸出金屬表面的現(xiàn)象，稱為光電效應(yīng)，逸出的電子稱為光

5、電子。光量子論根據(jù)愛因斯坦假設(shè)，光是由光子流組成的，每個(gè)光子具有的能量 （h為普朗克常數(shù)，公認(rèn)值為 ，為入射光頻率）。金屬中的電子在獲得一光子的能量 后，一部分用作逸出金屬表面所需的逸出功W，另一部分轉(zhuǎn)換為電子的動(dòng)能 ，根據(jù)能量守恒與轉(zhuǎn)換定律有或 （1）這就是愛因斯坦光電效應(yīng)方程。由愛因斯坦光電效應(yīng)方程知：（1）光電子數(shù)只決定于入射光強(qiáng)，即與光強(qiáng)成正比；（2）只有當(dāng)照射光的頻率大于某一定值時(shí)，才會(huì)有光電子產(chǎn)生，如果光的頻率低于此值，則不論光的強(qiáng)度多大，照射時(shí)間多長，都沒有光電子產(chǎn)生。這個(gè)頻率稱為金屬的截止頻率或稱閾頻率（紅限）；（3）光電子的能量決定于光子的頻率，頻率越高，能量越大。光電管光電

6、管主要特性（1）伏安特性：當(dāng)照射光頻率和強(qiáng)度一定時(shí)，光電流隨兩級(jí)間電壓變化的特性稱 為伏安特性，其曲線如圖所示。 光電管是利用光電效應(yīng)原理制成的能將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的光電器件。（2）光電特性：當(dāng)照射光的頻率和極間電壓一定時(shí)，飽和光電流IH 隨照射光強(qiáng)P變化的特性稱為光電特性，如圖所示。由圖可知，飽和光電流與照射光強(qiáng)成正比。 由圖可看出，正向電壓增加時(shí)光電流也增加當(dāng)電壓增加到某一數(shù)值后，光電流不再增加或增加很少達(dá)到飽和稱為飽和光電流IH ，使光電流達(dá)到飽和的最小正向電壓Um稱為飽和電壓。而飽和電流還與光強(qiáng)成正比。由圖可知極間電壓為零時(shí)光電流并不為零，這是因?yàn)橛行┕怆娮泳哂幸欢ǖ某鮿?dòng)能，即使沒有電場作用，也能到達(dá)陽極形成較小的光電流。當(dāng)光電管兩端加反向電壓時(shí)，光電流迅速減小但不立即降到零，直至反向電壓達(dá)到Ua時(shí)，光電流才會(huì)為零，Ua成為截止電壓。 用光電效應(yīng)測定普朗克常數(shù) 當(dāng)光電管上的電壓達(dá)到截止電壓時(shí)，有 ，而由截止頻率定義有光電管伏安特性曲線光電管光電特性曲線PIH00IHIP1P2 飽和電壓區(qū)P1P2UaUbU實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 光電管特性研究（1）測定光電管的伏安特性。（2）測定光電管的光電特性。 2. 普朗克常數(shù)測定式（2）表明，截止電壓是入射光頻率的線性函數(shù)，因此，只要用實(shí)驗(yàn)測出不同頻率光照射下光電管的截止電壓與照射光頻