邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用

1、實(shí)驗(yàn)40 邁克爾遜干涉儀的調(diào)整與使用教學(xué)目標(biāo)了解邁克爾遜干涉儀的設(shè)計(jì)原理；了解儀器的構(gòu)造，掌握調(diào)節(jié)方法；學(xué)會(huì)利用等傾干涉條紋測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)；重點(diǎn)：學(xué)會(huì)邁克爾遜干涉儀的調(diào)整方法；等傾干涉條紋的特性觀察和應(yīng)用干涉現(xiàn)象測(cè)量波長(zhǎng)的方法。難點(diǎn)：等傾干涉的形成條件認(rèn)識(shí)和測(cè)量。重點(diǎn)與難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容邁克爾遜干涉儀調(diào)整；觀察等傾干涉條紋并測(cè)量He-Ne激光的波長(zhǎng)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理計(jì)算。教學(xué)方法討論、啟發(fā)、指導(dǎo)方式教學(xué)。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)一討論1.何謂等傾干涉？ 圖1是邁克爾遜干涉儀的光路原理圖。調(diào)整邁克爾遜干涉儀，使之產(chǎn)生的干涉現(xiàn)象可以等效為M1和M2之間的空氣薄膜產(chǎn)生的薄膜干涉。當(dāng)鏡M1M2，即M1M2（圖2）

2、時(shí)，由擴(kuò)展光源S射出的任一束光，經(jīng)薄膜上下表面反射形成的相干光束和光束的光程差為 （空氣薄膜折射率n=1） 可見(jiàn)，薄膜厚度d一定時(shí)，光程差由入射角i決定。顯然干涉條紋是等i（等傾角）的軌跡，即由干涉產(chǎn)生的條紋與一定的傾角對(duì)應(yīng)，這種干涉稱為等傾干涉。M2diABCDM1rFFPLn=1PiS圖2 等傾干涉圖1 邁克爾遜干涉儀SP1M2'M2M1dP2E2、如何利用等傾干涉現(xiàn)象測(cè)量光波長(zhǎng)？ 等傾干涉條紋的亮暗應(yīng)滿足下面條件：亮條紋 （k=0、1、2） 暗條紋 可見(jiàn)，空氣薄層厚度d一定時(shí)，入射角i 越小，即越靠近中心，圓環(huán)條紋的級(jí)數(shù)k 越高(這與牛頓環(huán)正好相反)，在中心處，i =0，級(jí)次最高

3、。若這時(shí)，中心處剛好是亮斑，則有 由此式可得 可見(jiàn)，移動(dòng)M1鏡改變空氣薄膜的厚度d，中心亮斑的級(jí)次kc也會(huì)改變。而且當(dāng)中心亮斑變化一個(gè)級(jí)次（kc=±1），即每冒出或吞沒(méi)一個(gè)亮條紋，就意味著空氣薄層厚度改變了（/2），也就是M1鏡移動(dòng)了（/2）的距離。顯然，當(dāng)中心亮斑變化了N個(gè)級(jí)次（ kc=±N），即冒出或吞沒(méi)了N個(gè)亮條紋，則有所以，我們只要測(cè)出M1鏡移動(dòng)的距離d（可從儀器讀出），并數(shù)出冒出或吞沒(méi)干涉條紋的個(gè)數(shù)N，就可以通過(guò)上式計(jì)算出光源的波長(zhǎng)。二預(yù)習(xí)檢查提問(wèn)問(wèn)題1、 請(qǐng)問(wèn)邁克爾遜光路圖中，P1和P2個(gè)起什么作用？為什么光束和相遇時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉？2、 M1、M2鏡背后的三個(gè)螺釘

4、作用是什么？3、 實(shí)驗(yàn)如何測(cè)量M1鏡移動(dòng)的距離？該儀器能讀準(zhǔn)到幾位有效數(shù)字？4、 在P.56圖5-40-3中，光束和光束之間的光程差與什么因數(shù)有關(guān)？（5-40-1）式中的n是什么？等于多少？5、 什么叫“等傾干涉”？干涉產(chǎn)生的明暗條紋應(yīng)滿足什么條件？6、 實(shí)驗(yàn)是根據(jù)什么物理現(xiàn)象和什么測(cè)量公式測(cè)量激光波長(zhǎng)的？7、 你有沒(méi)有分析過(guò)，等傾干涉的同心圓環(huán)條紋與牛頓環(huán)的同心圓環(huán)條紋有什么異同？三課后思考題1. 邁克爾遜干涉儀中的P1和P2各起什么作用？用鈉光或激光做光源時(shí)，沒(méi)有補(bǔ)償板P2能否產(chǎn)生干涉條紋？用白光做光源呢？ 提示：從Na光、HeNe激光和白光的單色性好壞來(lái)分析，當(dāng)光程差較大時(shí)，它們產(chǎn)生的干涉條紋會(huì)不會(huì)重疊？ 2. 在邁克爾遜干涉儀的一臂中，垂直插入折射率為1.45的透明薄膜，此時(shí)視場(chǎng)中觀察到15個(gè)條紋移動(dòng)，若所用照明光波長(zhǎng)為500nm，求該薄膜的厚度。 提示：垂直插入折射率n=1.45的透明薄膜后，光程差改變了多少？這個(gè)改變與移動(dòng)的條紋以及波長(zhǎng)有何關(guān)系？3. 在“等傾干涉”中，當(dāng)薄膜厚度h增加時(shí)，應(yīng)該看到條紋由中心“冒出”還是向中心“湮沒(méi)”？條紋的寬窄以及環(huán)