大物實驗論文

1、 邁克爾遜干涉儀實驗的改進及常見問題 邁克爾遜干涉儀實驗的改進及常見問題解決 解決05031301 班 2013301303馬健邁克爾遜干涉儀，由美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設計制造出來的精密光學儀器，它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實現(xiàn)干涉。通過調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。邁克爾遜實驗干涉儀實驗是普通物理光學中的一個重要實驗，重點是讓學生掌握儀器的調(diào)節(jié)觀察干涉儀產(chǎn)生的 1 邁克爾

2、遜干涉儀的實驗原理1.1 邁克爾遜干涉儀干涉圖樣并測定氦氖激光的波長圖 1 邁 克爾遜干涉儀的光路示意圖G1 和 G:是兩塊平行放置的平行平玻璃板，它們的折射率和厚度都完全相同，G1 背面鍍有半反射膜，稱作分光板，G2 稱作補償板。M1 和 M:是兩塊平面反射鏡，它們裝在與 G1成 450 角的彼此互相垂直的兩臂上。M:固定不動，M1 可沿臂軸方向前后平移。擴展光源S 發(fā)出的光束，經(jīng)分光板分成兩部分，分別近于垂直地入射在平面反射鏡 M1

3、 和 M:上。經(jīng)M:反射的光一部分透過分光板沿 E 的方向傳播，而經(jīng) M1 反射的光則是一部分被反射在 E方向。由于兩者是相干的，在 E 處可觀察到相干條紋。光束自 M1 和 M:上的反射相當于自距離為 a 的 M1 和 M,’上的反射，其中 M,’是平面鏡 M:為分光板所成的虛像。經(jīng) M 上反射的光三次穿過分光板，而經(jīng) M:反射的光只通過分光板一次，補償板就是為消除這種不對稱性而設置的。雙光束在觀察平面處的光程差由下式給定:△=2dc

4、osi式中 a 是 M1 和 M,’之間的距離，i 是光源 S 在 M、上的入射角。如下圖所示，當 M:與 M1 嚴格垂直，即 M,’與 M1 嚴格平行時，所得干涉為等傾干涉。干涉條紋為位于無限遠或透鏡焦平面上明暗的同心圓環(huán)。干涉圓環(huán)的特征是:內(nèi)疏外2 儀器調(diào)節(jié)改進 儀器調(diào)節(jié)改進在大學物理實驗中，邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)對于我們來說比較困難，特別是對定域干涉現(xiàn)象的調(diào) T}常常不得要領，這里介紹一種快速調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀的方法。2. 1 外觀

5、調(diào)節(jié)2.1.1 調(diào)節(jié)邁克爾遜干涉儀的底角螺絲使其水平;調(diào)節(jié)氦氖激光燈、透鏡及邁克爾遜干涉儀的位置，使氦氖激光燈 S、透鏡 L、分光板 G1 補償板 G2 和定鏡 M:大致在一條直線上，即同軸等高(見圖 1) o2. 1. 2 由于氦氖激光相干長度的限制，應調(diào)節(jié)粗調(diào)手輪移動動鏡 M上，使動鏡 M、和定鏡 Mz 到分光板 G、的距離大致相等。2. 2 粗調(diào)在透鏡 L 上貼一個箭頭形狀的小紙片，這時在視場中會看到小箭頭的三個像。調(diào)節(jié)定鏡M,后

6、的螺釘，會發(fā)現(xiàn)其中有一象為動像，即為定鏡 M2 所反射的像;另外兩個為不動像，為動鏡 M1 所反射的像，即定像。這樣，通過調(diào)節(jié)定鏡 M,后的螺釘，使動像與右面的定像重合，這時，在視場中若能看到比較粗、比較彎的條紋，則說明動鏡 M1 與定鏡 M,已經(jīng)大致垂直。若看不到條紋或條紋較細。則需微調(diào)粗調(diào)手輪，即略微移動動鏡 M1 的位置，然后再重復上述步驟，直至出現(xiàn)較粗、較彎曲的條紋為止。2.3 細調(diào)觀察條紋的走向，如果條紋是水平走向的，則調(diào)節(jié)垂

7、直拉簧螺線;如果條紋是垂直走向的，則調(diào)節(jié)水平拉簧螺絲;如果條紋呈 45。走向，調(diào)節(jié)水平和垂直拉簧螺絲皆可，通過調(diào)節(jié)可以使 45。走向的條紋調(diào)節(jié)到水平或垂直走向，此時即可調(diào)節(jié)相應的拉簧螺絲，注意要向條紋變粗、變彎曲的方向調(diào)節(jié)。通過上述調(diào)節(jié)，即可以使視場中出現(xiàn)邁克爾遜干涉圓環(huán)。2. 4 消除視差若上下左右改變視角可以看到環(huán)心處有條紋的“冒出”和“陷入”現(xiàn)象，則說明有視差存在。其原因為動鏡 M1 和定鏡 M:不嚴格垂直。調(diào)節(jié)方法是上下改變視角

8、調(diào)節(jié)垂直拉簧螺絲，左右改變視角調(diào)節(jié)水平拉簧螺絲(注意一定要微調(diào))，直至上述現(xiàn)象消失為止。此時動鏡 M、和定鏡 M,就完全垂直了。2.5 選擇測量區(qū)域、測量方向當光程差改變時，將交替出現(xiàn)對比度時大時小的現(xiàn)象。因而須慢慢轉動粗調(diào)手輪，選對比度較高而且干涉圓環(huán)疏密合適的區(qū)域作為測量區(qū)域。選擇的測量方向(順時針或逆時針)應保證對比度較高區(qū)域內(nèi)將所有數(shù)據(jù)測完。2. 6 調(diào)節(jié)零點、消除空程將微調(diào)手輪沿測量方向旋轉至零，然后以同方向轉動粗調(diào)手輪使之對

9、準某一刻度。在調(diào)整好零點后，應將微調(diào)手輪沿測量方向旋轉，直至視場中的圓環(huán)“冒出”或“陷入”為止，此時空程即已消除。 至此，即完成邁克爾遜干涉的調(diào)節(jié)，可以進行測量了。3 實驗儀器改進3. 1 現(xiàn)有實驗儀器存在不足“邁克爾遜干涉儀”是普通物理光學教學中的一個重要實驗，重點是讓學生掌握儀器的調(diào)節(jié)，觀察干涉儀產(chǎn)生的干涉圖樣并測定氦氖激光的波長兄。通過我個人及其他同學實驗的過程看，造成現(xiàn)有實驗難度較大的主要原因有: 1 為保證干涉圖樣的正確性和實