大学物理实验迈克尔逊干涉仪的调整和使用教案
迈克尔逊干涉仪的调整与使用
物理实验中心
目录
一. 实 验 目 的 二. 实 验 原 理
1.仪器构造及光路 2.点光源产生的非定域干涉条纹 3.面光源产生的定域干涉条纹
三. 实 验 内 容 四. 读 数 方 法 五. 注 意 事 项
实验目的
了解迈克尔逊干涉仪的结构，学习调 节和使用方法。
利用点光源产生的同心圆环干涉条纹 测量单色光的波长。
则：
2 2d2 k2
那么可得：d d2 d1
1 2
2
1
1 2
k2
k1
1 2
k
由此可见,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.
实验现象
面光源产生的定域干涉条纹
由面光源产生的在特定区域内存在着
的干涉现象，称为定域干涉。
d
1）等倾干涉
光程差为： AC BC AD
C
θ A
θ D
M1
B
M2'
1 2
2d 2d tan sin S
c os
面光源产生的等倾干涉
2d cos
当d一定时，光程差只决定于入（出）射角θ，干涉条纹 是一系列与不同倾角θ相对应的明暗相间的同心圆环条
纹，这种相同倾角的光所产生的干涉，称为等倾干涉。
2）等厚干涉
当M1、M2‘有一个很小的角度时， M1、M2‘之间形成楔形空气 薄层，就出现等厚干涉。这时“1”和“2”的光程差仍然可
主尺
粗动手轮读数窗口
微动手轮
最后读数为：33.52246mm
注意事项
转动微动手轮时，粗动手轮随之转动；但在转动 粗动手轮时，微动手轮并不随之转动，因此在读 数前必须调整零点。
物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉
迈克尔逊干涉仪的调节和使用教学目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和光的干涉原理；2、学会使用迈克尔逊干涉仪，并能用其测量激光的波长；3、形成实事求是的科学态度和严谨、细致的工作作风。
重难点重点：迈克尔逊干涉仪的调整和使用难点：干涉图样形成的原理教学方法讲授与演示相结合学时3学时一、实验简介光的干涉性是光的重要特性，是光的波动性的实验依据。
两列频率相同、振向振幅相同和位相差恒定的光在空间叠加时将会发生明显的相互加强或减弱的现象，即光的干涉现象。
相干光一般是将同一光波采用分波阵面或分振幅两种方法获得，然后使其经空间不同路径后会合产生干涉。
通过光的干涉可以测出微小长度变化（光波波长数量级）和微小角度变化等，因此光的干涉在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛的应用。
在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪器进行实验，精确地测量微小“长度”，否定了“以太”的存在，这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路，因此获1907年诺贝尔物理学奖。
迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范。
随着对仪器的不断改进，还能用于光谱线精细结构的研究和利用光波标定标准米尺等实验。
目前，根据迈克尔逊干涉仪基本原理研制的各种精密仪器已广泛地应用于生产生活科技各领域，如观察干涉现象、研究许多物理因素（如温度、压强、电场、磁场等）对光传播的影响、测波长、测折射率等。
本实验是利用迈克尔逊干涉仪使点光源发出的光波产生分波阵面干涉，再利用干涉-激光的波长。
图样变化的规律测量出He Ne二、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和光的干涉原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；-激光的波长。
3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne注：为方便同学在写实验报告时参考教案，本教案的实验原理以及实验内容与步骤 只涉及实验课所做的内容、不涉及实验课不做的内容，即：1、实验原理只涉及迈氏干涉仪的工作原理与单色点光源的等倾干涉原理。
实验一迈克尔逊干涉仪的调整及应用
实验⼀迈克尔逊⼲涉仪的调整及应⽤实验⼀迈克尔逊⼲涉仪的调整及应⽤⼀、实验⽬的1. 了解迈克尔逊⼲涉仪的原理及结构。
2. 学会迈克尔逊⼲涉仪的调整，基本掌握其使⽤⽅法。
3. 观察各种⼲涉现象，了解它们的形成条件。
⼆、实验仪器1. WSM-200型迈克尔逊⼲涉仪⼀台2. HNL-55700多束光纤激光源⼀台三、实验原理3.1 迈克⽿孙⼲涉仪的构造图1为迈克尔逊⼲涉仪的结构⽰意图。
图1 迈克尔逊⼲涉仪的结构⽰意图仪器包括两套调节机构，第⼀套调节机构是调节反光镜1的位置。
旋转⼤转轮和微调转轮经转轴控制反光镜1在导轨上平移；第⼆套调节机构是调节反光镜1和反光镜2的法线⽅向。
通过调节反光镜1、2后⾯的调节螺钉以及反光镜2的两个⽅向拉杆来控制反光镜的空间⽅位。
在仪器的中部和中部偏右处，分别固定安装着分光镜和补偿⽚，其位置对仪器的性能有重要影响，切勿变动。
在补偿⽚的右侧是反射镜2，它的位置不可前后移动，但其空间⽅位是可调的。
反射镜1和反射镜2是通过⾦属弹簧⽚以及调节螺钉与⽀架弹性连接的，调节反射镜⽀架上的三颗调节螺钉，改变弹簧⽚的压⼒，从⽽改变反射镜⾯在空间的⽅位。
显然，调节螺丝钉过紧或太松，都是不利于调节反射镜⽅位的错误操作。
反射镜1在导轨上的位置坐标值，由读数装置读出。
该装置共有三组读数机构：第⼀组位于左侧的直尺C 1，刻度线以mm 为单位，可准确读到毫⽶位；第⼆组位于正⾯上⽅的读数窗C 2，刻度线以0.01mm 为单位，可准确读出0.1和0.01毫⽶两位；第三组位于右侧的微动转轮的标尺C 3，刻度线以0.0001mm 为单位，可准确读0.001和0.0001毫⽶两位，再估读⼀位到0.00001毫⽶。
实际测量时，分别从C 1、C 2各读得2位数字、从C 3读得3位（包括1位估读）数字，组成⼀个7位的测量数据，如图2所⽰。
可见仪器对位移量的测定精度可达⼗万分之⼀毫⽶，是⼀种⾮常精密的仪器。
务必精细操作，否则很容易造成仪器的损坏！图2 关于M1位置读数值的组成⽅法3.2 迈克⽿孙⼲涉仪的原理迈克尔逊⼲涉仪是利⽤分振幅法产⽣的双光束⼲涉，其光路图如图3所⽰。
实验七、迈克尔逊干涉仪的调整与使用
迈克耳逊（ Albert Abrham Michelson ,1852 -1931），著名
的实验物理学家，他一生研制 了不少精密仪器，进行了许多 有成效的实验。他设计了至今 仍应用广泛的迈克尔逊干涉仪， 当时用来测定地球相对于以太 的运动，迈克尔逊—莫雷实验 为相对论的建立提供了实验依 据。由于他的杰出成就，荣获 1907年度的诺贝尔物理学奖。
区分镜面间距(d)、光程差(2d)和光程差的变 化(2△d)三个概念，弄清楚它们之间的关系。
思考题
１、在调等倾干涉条纹时，为什么条纹有一 个由直变圆的渐变过程？
２、用迈克尔逊干涉仪观察的等倾干涉条纹 与牛顿环的干涉条纹有何不同？
３、如何用迈克尔逊干涉仪测定通明物体的 折射率？
实验七、迈克尔逊干 涉仪的调整与使用
迈克尔逊干涉仪是对近代物理学和现
代测量技术具有重要影响的光学仪器，掌 握它的调整与使用方法有着重要意义。
主要内容
【实验介绍】 【实验目的】 【实验仪器】 【实验原理】 【实验内容】 【实验中需注意的问题】
【实验介绍】
迈克尔逊干涉仪是一种利用分割光 波振幅的方法实现干涉的精密光学 仪器。其调整和使用具有典型性。
当调节M1使M1与M2相互精确地垂直，在屏幕上可
观察到圆形的等倾干涉条纹，即两镜之间为薄膜干 涉。
等
倾
干
涉 条 纹
M2
M 1'
与 M 2
M2
M1'
M1' 重 合
M2
M2
M 1'
M 1'
迈克耳孙干涉仪光路图
M1
M
实验二迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验二 迈克尔逊干涉仪的调节和使用一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和干涉花样的形成原理；2、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法；3、观察等倾干涉条纹，测量He Ne -激光的波长；4、了解钠光、白光干涉花样的特点。
三、实验原理在迈克尔逊干涉仪中产生的干涉等效于膜'12,M M 的薄膜干涉。
两束光的光程差为：2cos d i k δλ==（一）、扩展光源产生的干涉图（定域干涉）1、1M 和'2M 严格平行——等倾干涉条纹特点：明暗相间的同心圆纹，条纹定域在无穷远（需用会聚透镜成像在光屏上）；中心级次最高，2k d λ=；3）d 增大，条纹从中心向外“涌出”， d 减小，条纹向中心“陷入”，每“涌出” 或“陷入”一个条纹，间距的改变为2λ，“涌出”和“陷入”的交接点为0d =情况（无条纹）。
干涉条纹的分布是中心宽边缘窄，d 增大条纹变窄12k k k k i i i di λ-∆=-≈（,k d i 增加时条纹变窄），1M 和'2M 有一很小的夹角——等厚干涉()22cos 212d i d i ∆=≈-，当入射角也较小时为等厚干涉，条纹定域在薄膜表面附近；在两镜面交线附近处，d 较小，i 的影响可以略去，干涉条纹是一组平行于1M 和'2M 交线的等间隔的直线条纹；在离1M 和'2M 交线较远处，d 较大，i 方向是背向两镜面的交线。
四、实验仪器迈克尔逊干涉仪（100WSM -），He N e -激光器，钠光灯，日光灯，扩束镜，屏。
1、底座底座由生铁铸成，较重，确保仪器的稳定性。
底座由三个调平螺丝（9）支撑，调平后，可以拧紧锁紧圈（10）以保持座架稳定。
2、导轨导轨由两根平行的长约280毫米的框架（7）和精密丝杆（8）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 3、拖板部分拖板（11）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（6），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）在导轨面上滑动，实现粗动。
物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉
物理实验教案用迈克尔逊干涉仪研究光的干涉一、教学目标1.了解光的干涉现象2.掌握迈克尔逊干涉仪的原理和操作方法3.通过实验观察和分析，验证光的干涉原理二、教学准备1.迈克尔逊干涉仪主体2.透镜、光源、分束器等光学元件3.平面镜、半透镜等光学元件4.光屏5.测量工具及器材三、实验步骤与内容1.实验原理迈克尔逊干涉仪是利用光波的干涉原理来测量物体的长度或其它物理量的一种光学仪器。
通过制造两束光的干涉来实现测量目的。
可用于测定物体长度、膨胀系数、光波波长等。
迈克尔逊干涉仪由光源、分束器、光学路径差调节装置和干涉图样显示装置等部分组成。
2.实验内容（1）设置干涉条纹将光源对准分束器，利用平面镜将光路转向，将光束分成两束，其中一束投射到光屏上，调节分束器使得两束光在光屏上重合，观察干涉条纹的形成。
（2）调节干涉仪调节迈克尔逊干涉仪的干涉臂的长度，即调整平面镜的位置，使得两束光的路径差为零，观察干涉条纹的变化。
（3）更换光源使用不同的光源，观察干涉条纹的差异。
（4）气体干涉将压缩空气或其他气体置于一路径下，观察光的干涉现象。
（5）其他干涉现象进一步探究光的干涉现象，如莫尔柱、牛顿环等。
四、实验结果与分析1.实验结果根据干涉条纹的形状和观察到的干涉现象，记录实验现象。
2.实验分析根据实验结果和相关物理知识，分析干涉条纹的形成原理，光的干涉现象的解释等。
五、实验总结1.实验中遇到的问题及解决方法在实验过程中可能会遇到光线不准直、平面镜调整不准确等问题，可以通过适当调整光源、光路和光学元件的位置，使光线正常传播。
2.实验中的心得与体会通过实验学习和操作迈克尔逊干涉仪，深入理解了光的干涉现象以及干涉仪的原理和应用。
在实验中锻炼了实验操作技巧和数据处理能力。
3.实验的拓展与应用迈克尔逊干涉仪是一种重要的光学仪器，在科研和工程中有广泛的应用。
可以用于测量物体的尺寸、膨胀系数、光波波长等。
通过进一步的拓展实验，可以深入研究光的干涉原理和应用。
大学物理实验实验12迈克尔逊干涉仪的调整与使用
3.调整方法
1、确定M1镜的位置。 2、均匀转松M1、 M2后的三个螺丝。 3、旋松M2的两个拉簧螺丝。 4、移动光源，使光源上的十字叉丝在视场的中心位置
7、调整零点。 8、转到手轮可以改变干涉条纹的间距和清晰度。
5.测单色光的波长
使M1沿光轴移动△d，将使 圆心处相干光束的光程差改 变，则将观察到条纹涌出(或 陷入),由此可用来测定光波 波长。若测知有N个环纹由中 心涌出（或陷入），则表明 M1改变的距离△d为 △d=N· λ/2 则波长λ为： λ=2△d/N
注意事项：
（ 1 ）实验过程中，不允许触摸仪器中所 有的光学面。
（2）平面反光镜M 1、M 2背后的三个螺 钉 以及 两个微动拉簧 螺丝要 十分爱护 ， 只能轻微旋动，切勿用力旋转螺钉，
以免拧滑丝扣或把反射镜压坏。
注意事项：
(3)不要直视激光，以免损伤眼睛！
(4)镜后螺丝及拉簧一定要轻拧，且不可拧的过紧！ (5）不要调节活动反射镜后
不可直视！
思考题
实验仪器
1、迈克尔逊干涉仪； 2、氦-氖多光速激光器； 3、白炽灯
实 验 仪器介绍：
分光板
M1活动反光镜
补偿板
读数窗口
M2固定反 光镜
手轮 鼓轮
水平拉簧 垂直拉簧
标尺
主尺读数
实验原理
实验原理
点光源产生的非定域干涉条纹的形成
从光学角度看，E处的干涉图样和
M 1M 2
2d cos
实验内容
1.仪器调节
目测使激光头水平且大致和M2等高，细调激光头
位置使扩展光束均匀照满反射镜。
调节固定反射镜后的方位螺丝，使透过滤光片看到 的两排对应光点一一重合 装上观察屏，观察条纹的涌出和淹没。
迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用【实验目的】1．学习精密干涉仪的调节与使用。
2．观察等倾干涉条纹，加深对干涉理论的理解。
3．学习一种测量光波长的方法。
【实验原理】干涉仪是根据光的干涉原理制成的。
迈克尔逊干涉仪是近代许多干涉仪的典型，用它可以来测量光波波长和微小长度，检查透镜和棱镜的光学性质，测量各种物镜的像差等。
它在近代物理和近代测量技术中应用甚为广泛。
图4-14-1是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。
自光源发出的光线，被分光板G1后表面的半透膜分成光强近似相等的两束：反射光（1）和透射光（2）。
由于G1与平面镜M1、M2均成45°角，所以，反射光（1）在近于垂直地入射到平面反光镜M1后，经反射又沿原路返回，透过G1到达E处。
透射光（2）在透过补偿板G2后，近于垂直地入射到平面镜M2上，经反射又沿原路返回，在分光板后表面反射后向E处传播，与光线（1）相遇后形成干涉。
1．等倾干涉图样（M2经G1膜面反当迈克尔逊干涉仪的两个平面镜M1和M2严格垂直，即当M1和M′2射的像）严格平行时，所得干涉为等倾干涉，其条纹在无限远处。
若在E处放置凸透镜，则条纹成像在透镜焦平面上。
当M1与M′2相距为d，单色光波长为λ，光对平面镜的入射角为i时，等倾干涉图样中的第k级亮条纹满足2d cos i k=kλ（4-14-1）半反射膜图 4-14-1 迈克尔逊干涉仪原理图图4-14-2 等倾干涉条纹等倾干涉条纹的形状决定于平面镜法线与观察方向的夹角。
当此夹角为零时，干涉条纹是一组同心圆，如图4-14-2所示。
同一条纹上的不同点处所对应的入射角i相同，就是入射光线对平面镜的倾角相等，所以这样的干涉条纹叫做等倾干涉条纹。
由公式(4-14-1)可见，i k越大，即条纹角半径越大，条纹级次k越小。
也就是说中央条纹的级次高于外围的条纹级次，中心条纹级次最高。
实验中当M1与M M′2平行，M1与M M′2的间隔d逐渐增大时，对于任一级干涉条纹，例如k级，它必以减少其cos i k值来保证满足2d cos i k=kλ, 故该干涉条纹向i k变大(cos i k变小)的方向移动，即向外扩展，中心条纹向外“涌出”。
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学号：姓名：班级：
迈克尔逊干涉仪教案
物理教学实践作业：
从大学物理实验内容中，任选一个感兴趣的内容，设计教案。
要求内容详尽，（如剧本），插入自己的注解，不得雷同。
A4纸打印，5号字，单倍行距，至少两页（原理图、公式）。
交作业时间：6月29日下午统一交给班长。
几个网站：维基百科中国知网Web of Science 果壳网知乎科学网
专业论坛：小木虫（理工科研究生聚集地）
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