1、.學生物理實驗報告實驗名稱邁克爾遜干預儀的使用學院專業班級報告人學號同組人學號同組人學號同組人學號理論課任課教師實驗課指導教師實驗日期報告日期實驗成績批改日期實驗目的（1） 了解邁克爾遜干預儀的原理并掌握其調節方法（2） 觀察等傾干預、等候干預的條紋，并能區別定域干預和非定域干預（3） 測定He-Ne激光的波長（4） 觀察白光干預條紋和測定鈉光波長及相干長度實驗儀器邁克爾遜干預儀、He-Ne激光器。實驗原理1邁克爾遜干預儀圖1是邁克爾遜干預儀實物圖。圖2是邁克爾遜干預儀的光路示意圖，圖中M和M是在相互垂直的兩臂上放置的兩個平面反射鏡，其中M是固定的；M由精細絲桿控制，可沿臂軸前、后移動，移動的

2、距離由刻度轉盤(由粗讀和細讀2組刻度盤組合而成)讀出。在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板G，它的第二個平面上鍍有半透半反射的銀膜，以便將入射光分成振幅接近相等的反射光和透射光，故G又稱為分光板。G也是平行平面玻璃板，與G平行放置，厚度和折射率均與G一樣。由于它補償了光線和因穿越G次數不同而產生的光程差，故稱為補償板。從擴展光源S射來的光在G處分成兩局部，反射光經G反射后向著M前進，透射光透過G向著M前進，這兩束光分別在M、M上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都到達E處。因為這兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干預條紋。由M反射回來的光波在分光板G的第二

3、面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使M在M附近形成M的虛像M，因而光在邁克爾遜干預儀中自M和M的反射相當于自M和M的反射。由此可見，在邁克爾遜干預儀中所產生的干預與空氣薄膜所產生的干預是等效的。當M和M平行時(此時M和M嚴格互相垂直)，將觀察到環形的等傾干預條紋。一般情況下，M和M形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干預條紋(等厚干預條紋)。 2單色光波長的測定用波長為的單色光照明時，邁克爾遜干預儀所產生的環形等傾干預圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M和M反射的兩列相干光波的光程差為2dcos i      

4、60;                               (1)其中i為反射光在平面鏡M上的入射角。對于第k條紋，那么有2dcos ik             

5、;                        (2)當M和M的間距d逐漸增大時，對任一級干預條紋，例如k級，必定是以減少cosi的值來滿足式(2)的，故該干預條紋間距向i變大(cos i值變小)的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋好似從中心向外“涌出，且每當間距d增加/2時，就有一個條紋涌出。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入

6、中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為/2。因此，當M2鏡移動時，假設有N個條紋陷入中心，那么說明M相對于M移近了dN                                        (3)反之，

7、假設有N個條紋從中心涌出來時，那么說明M相對于M移遠了同樣的距離。如果準確地測出M移動的距離d，那么可由式(3)計算出入射光波的波長。3測量鈉光的雙線波長差鈉光2條強譜線的波長分別為589.0 nm和589.6 nm，移動M，當光程差滿足兩列光波和的光程差恰為的整數倍，而同時又為的半整數倍，即k(k)這時光波生成亮環的地方，恰好是光波生成暗環的地方。如果兩列光波的強度相等，那么在此處干預條紋的視見度應為零(即條紋消失)。那么干預場中相鄰的2次視見度為零時，光程差的變化應為Lk(k1)(k為一較大整數)由此得于是=式中為、的平均波長。對于視場中心來說，設M鏡在相繼2次視見度為零時移動距離為d，那

8、么光程差的變化L應等于2d，所以(4)對鈉光589.3 nm，如果測出在相繼2次視見度最小時，M鏡移動的距離d ,就可以由式(4)求得鈉光D雙線的波長差。4.點光源的非定域干預現象激光器發出的光，經凸透鏡L后會聚S點。S點可看做一點光源，經G(G未畫)、M、M的反射，也等效于沿軸向分布的2個虛光源S、S所產生的干預。因S、S發出的球面波在相遇空間處處相干，所以觀察屏E放在不同位置上，那么可看到不同形狀的干預條紋，故稱為非定域干預。當E垂直于軸線時(見圖3)，調整M和M的方位也可觀察到等傾、等厚干預條紋，其干預條紋的形成和特點與用鈉光照明情況一樣，此處不再贅述。實驗步驟1觀察擴展光源的等傾干預條

9、紋并測波長點燃鈉光燈，使之與分光板G等高并且位于沿分光板和M鏡的中心線上，轉動粗調手輪，使M鏡距分光板G的中心與M鏡距分光板G的中心大致相等(拖板上的標志線在主尺32 cm 位置)。在光源與分光板G之間插入針孔板，用眼睛透過G直視M鏡，可看到2組針孔像。細心調節M鏡后面的 3 個調節螺釘，使 2 組針孔像重合，如果難以重合，可略微調節一下M鏡后的3個螺釘。當2組針孔像完全重合時，就可去掉針孔板，換上毛玻璃，將看到有明暗相間的干預圓環，假設干預環模糊，可輕輕轉動粗調手輪，使M鏡移動一下位置，干預環就會出現。再仔細調節M鏡的2個拉簧螺絲，直到把干預環中心調到視場中央，并且使干預環中心隨觀察者的眼睛

10、左右、上下移動而移動，但干預環不發生“涌出或“陷入現象，這時觀察到的干預條紋才是嚴格的等傾干預。測鈉光D雙線的平均波長。先調儀器零點，方法是：將微調手輪沿某一方向(如順時針方向)旋至零，同時注意觀察讀數窗刻度輪旋轉方向；保持刻度輪旋向不變，轉動粗調手輪，讓讀數窗口基準線對準某一刻度，使讀數窗中的刻度輪與微調手輪的刻度輪相互配合。始終沿原調零方向，細心轉動微調手輪，觀察并記錄每“涌出或“陷入50個干預環時，M鏡位置，連續記錄6次。根據式(5-8)，用逐差法求出鈉光D雙線的平均波長，并與標準值進展比擬。2觀察等厚干預和白光干預條紋在等傾干預根底上，移動M鏡，使干預環由細密變粗疏，直到整個視場條紋變

11、成等軸雙曲線形狀時，說明M與M接近重合。細心調節水平式垂直拉簧螺絲，使M與M有一很小夾角，視場中便出現等厚干預條紋，觀察和記錄條紋的形狀、特點。用白熾燈照明毛玻璃(鈉光燈不熄滅)，細心緩慢地旋轉微動手輪，M與M到達“零程時，在M與M的交線附近就會出現彩色條紋。此時可擋住鈉光，再極小心地旋轉微調手輪找到中央條紋，記錄觀察到的條紋形狀和顏色分布。3測定鈉光D雙線的波長差以鈉光為光源調出等傾干預條紋。移動M鏡，使視場中心的視見度最小，記錄M鏡的位置；沿原方向繼續移動M鏡，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄M鏡位置，連續測出6個視見度最小時M鏡位置。用逐差法求d的平均值，計算D雙線的波

12、長差。4點光源非定域干預現象觀察方法步驟自擬。邁克爾遜干預儀系精細光學儀器，使用時應注意防塵、防震；不能觸摸光學元件光學外表；不要對著儀器說話、咳嗽等；測量時動作要輕、要緩，盡量使身體部位離開實驗臺面，以防震動。實驗數據與結果波長(1)記錄的位置并用逐差法計算移動的距離、He-Ne激光的“冒進或“縮進的條紋數的位置讀數dcm移動的距離cm/0.00658850=31.17115=0.0868050=31.19113=0.0827150=31.20891=0.0814050=31.22575=0.0893950=31.24211=0.0805450=31.25795=0.0823550=31.2

13、738450=31.2903150=31.3060550=31.32265(2)講結果與公認值632.8nm比擬，計算相對誤差x100%=4.1%實驗結果分析1在實際測量中，出現了一下情況：隨測量次數的增多，圓心位置發生了變化，這種現象是與理論相悖的，原因是由于M1與M2未到達完全平行或調整儀器時未調整好，而且圓心偏移速度越快越說明M1與M2平行度越差2在測量完第一組數據后，反向旋轉時會在旋轉相當多圈后才會出現中心圓環的由吞吐變吐，這個轉變不是立即就完成的，這是因為儀器右側的旋鈕為微調旋鈕，使用它對干預儀的性質改變影響較小，故有吞變吐需要旋轉相當一段時間，此時應旋轉中部大旋鈕，再使用微調，但不

14、要忘記刻度盤調零。3兩組數據所測得的結果相差較大，這可能是由于測量過程的誤差或操作失誤所引起的，應盡量防止。4實驗中還觀察到許多現象，如M1上出現很多光斑，其中有亮有暗，同心圓的粗細和疏密變化等等。但由于理論知識的缺乏，我們尚無法給出上述問題的完美解釋，需要我們進一步的學習與探索。一進展分析討論。從數據表格可以看到，在誤差允許X圍內，測量波長與理論波長一致，驗證了這種測試方法的可行性。誤差分析實驗中空程沒能完全消除；實驗對每一百條條紋的開場計數點和計數完畢點的判定存在誤差；實驗中讀數時存在隨機誤差；實驗器材受環境中的振動等因素的干擾產生偏差。3)實驗結果：經分析，當順時針轉動旋鈕時，“吐出圓環，此時測得一波長，當逆時針轉動旋鈕時，“吞出圓環，此時亦測得一波長。將二者取平均值得測得光的波長：P=0.95一個邁克爾遜實驗，不但讓我領悟到邁克爾遜設計干預儀的巧妙和智慧，也更讓我知道了做實驗要有耐心和恒心，哪怕實驗再麻煩，也必須堅持不懈，注重細節，這樣才能真正地把實驗做2.1、為什么白光干預不易觀察到.答：兩光束能產生干預現象除滿足同頻、同向、相位差恒定三個條件外，其光程差還必須小于其相干長度。而白光的相干長度只有