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1、物理实验教学中心,迈克尔逊干涉仪的调节和使用 Michelson Interferometer,沈阳城市学院 物理实验教学中心,物理实验教学中心,1 阿尔伯特-迈克尔逊简介 （Albert Abrahan Michelson，1852 1931）,美国著名实验物理学家：迈克尔逊，1852 年12月19日出生于波兰一个犹太商人家庭，1856年随父母移居美国.1873年毕业于美国海军学院。,迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献,物理实验教学中心,1883年任俄亥俄州克利夫兰市开斯应用科学学院物理学教授1889年成为麻省伍斯特的克拉克大学的物理学教授。1892年到一个全新的大学芝加哥大学任物理学系教授
2、，并成为该系第一任系主任。,迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献,物理实验教学中心,1907年迈克尔逊因为“发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究” 而成为美国历史上第一位诺贝尔物理学奖获得者。1910-1911年担任美国科学促进会主席。1923-1927年担任美国科学院院长。月球上的一个环形山是以他的名字命字。1931年5月9日逝世于加利福尼亚的帕萨迪纳。,迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献,物理实验教学中心,2、“以太漂移”学说的提出,十八世纪后，惠更斯、杨氏双缝干涉实验证明了光的波动性，并建立了光的波动理论。人们为了解释光的传播而引入“以太”的概念。设想“以太”是弥漫在整个宇宙空
3、间的一种物质。光借助“以太”这种介质传播。“以太” 的提出是假设，被当时物理学界所接受。但如何用实验验证“以太”的存在，许多物理学家用不同的实验进行了检验，具有代表性的是迈克尔逊的干涉仪实验最为著名。,物理实验教学中心,3、迈克尔逊莫雷实验,按经典理论地球在“以太”中绕太阳公转，就象急驰的火车相对于周围空气运动而产生一股风一样.也应有一股“以太风”。迈克尔逊-莫雷实验就是为了测量“以太风”而设计的。,物理实验教学中心,实验装置如图所示,物理实验教学中心,引 言,迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究 “以太” 漂移实验而设计制造出来的精密光学仪器，实验结果否定了 “以
4、太” 的存在，促进了相对论的建立. 此后，迈克尔逊又用它做了两个重要实验，首次系统地研究光谱线的精细结构，以及直接将光谱线的波长与标准米尺进行比较. 后人还利用该干涉仪的原理，研制出各种专用干涉仪. 迈克尔逊因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔物理学奖 .,物理实验教学中心,对于这个实验，爱因斯坦称赞是“物理学所有实验中最美的实验”，“迈克尔逊是伟大的天才”，是“科学家中的艺术家”。这个实验的成功，归功于迈克尔逊的“科学家的感触手法，尤其是对于对称形式的感觉”。 迈克尔逊本人体会到，这个实验“需要研究者有学者的分析智慧、艺术家的审
5、美和诗人的形象性语言。”,迈克尔逊莫雷实验图,最初的迈克尔逊干涉仪,现代的迈克尔逊干涉仪,物理实验教学中心,实验目的,了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及调节和使用方法； 观察等倾干涉条纹，学会测量He-Ne激光的波长；学习测定纳光双线的波长差。,物理实验教学中心,实 验 仪器：,迈史尔逊干涉仪：WSM200He-Ne激光器：JGQ-250扩束镜：,物理实验教学中心,迈克尔逊干涉仪的结构与光路,固定镜M1,可动镜M2,分光板G1,补偿板G2,粗调手轮,微调手轮,刻度盘,倾度微调,倾度微调,物理实验教学中心,导轨,毫米刻度盘,物理实验教学中心,迈克尔逊干涉仪的读数系统,主尺,粗动手轮读数窗口,微动手
6、轮,330.520.0024633.52246mm,分度值1mm,分度值10-2mm,分度值10-4mm，可估读至10-5mm,物理实验教学中心,主尺,粗动手轮读数窗口,微动手轮,最后读数为：？,32.52215mm,物理实验教学中心,迈克尔逊干涉仪原理图,迈克耳逊干涉仪产生的干涉，与M1 、M2之间的空气薄膜产生的干涉一样。,物理实验教学中心,实 验 原 理,物理实验教学中心,(n2 n1，薄膜上下表面平行),2与 3的光程差为：,加强 明纹,减弱 暗纹,等倾干涉原理,物理实验教学中心,干涉条纹的级次K仅与倾角i有关，点光源S发出的光线中，具有同一倾角的反射光线会聚干涉，形成同一级次圆环形干
7、涉条纹，称为等倾干涉条纹。,条纹中心处，入射角i=0,对应条纹级次最高,物理实验教学中心,三实验测量原理,迈干仪的干涉原理,单色光源,反射镜,反射镜,物理实验教学中心,物理实验教学中心,两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜的方法改变两光束的光程差.,若中心处为明条纹，则若改变反射镜的位置，使中心仍为明条纹，则只要测出干涉仪中M1移动的距离d,并数出相应的“吞吐”环数k,就可求出.,波长测量原理,物理实验教学中心,观察干涉圆环的环心，如增大d，k也增大，环心的级次也增大，环心不断冒出环纹，环纹增多变密；如减小d，则发生相反的情景，环心不断缩入环纹，条纹减少变疏。,物理实验教学中心,实 验
8、内容,物理实验教学中心,一、调整迈克尔逊干涉仪及其光路,（1）粗调： 将M1、M2方位螺钉和拉簧调至半松半紧状态, 调激光器方位，使反射光大致对称分布,（2）细调：调节M1、M2方位螺钉，使反射光对准激光出口,调节M2后面的三个螺钉，使最亮的两个点重合,物理实验教学中心,（3）微调：调节拉簧，使在屏正中央得一正圆形干涉条纹,（4）精调：换面光源，调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变,（5）. 调节微量读数鼓轮向一个方向转动几圈，直至圆环涌出(或收缩)，记录M2的初始位置d1。,（6）. 继续按原方向转动微量读数鼓轮，当k=30时，记录M2的位置di，连续测量九次,用逐差法进行数据处理。
9、,物理实验教学中心,二、测量He-Ne激光的波长,记录动镜M2的位置di,物理实验教学中心,三、数据处理,波长计算公式,波长平均值,波长不确定度,波长结果：,物理实验教学中心,注意事项, 移动仪器时， 只能手握底座上部，不能碰触底座上部的各个部件. 动镜M2后面的三颗螺丝以及分光板、补偿板的方位均已调好，不许用手触摸. 测量时, 要注意消除传动系统的空程差. 不要用眼睛直接对着激光. 观察非定域干涉时，也不许用眼睛直接观看激光干涉条纹，以保证眼睛的安全. 不许触摸激光电源的高压带电部位.,物理实验教学中心,数据处理及分析,1.用逐差法计算HeNe激光的波长.2.将测得波长与公认值s进行百分差比
10、较. He-Ne激光：s =632.8nm3.计算钠双线的波长差，并与公认值s进行百分差比较. 钠光平均波长：12=589.294nm钠光双线：s=0.597nm,物理实验教学中心,思考题,1、迈克尔孙干涉仪上的“补偿板”的作用是什么？它的厚度与实验中采用的光源有何关系？它的安装位置对实验有什么样的影响？2、什么是空程？测量时应如何操作才能避免引入空程？,物理实验教学中心,讲解结束，开始实验！谢谢！,物理实验教学中心,物理实验教学中心,延伸实验干涉法测量固体的线胀系数,将待测金属杆置于可变热源中， 一端固定， 另一端与平面镜M1顶牢， 在温度升高、 金属杆膨胀过程中， 就会推动M1移动， 在观察屏上会发现有条纹移动， 记下在某个温度区间移动的条纹数， 就可以计算出其伸长量， 从而测量出该金属的线胀系数. 参考实验3.11 干涉法测量固体的线胀系数,物理实验教学中心,用迈克尔逊干涉仪测量物质折射率,用迈克尔逊干涉仪的白光干涉条纹可以测量M1镜的位置。将待测薄玻璃片置入有M1镜的臂中，再次调出白光干涉条纹， 这时, 可以测到M1镜的新位置。参考实验4.9 用迈克尔逊干涉仪测量物质折射率,
