授课题目迈克耳逊干涉仪的调整和钠光波长的测量

1、授课题目：迈克耳逊干涉仪的调整和钠光波长的测量课时安排3学时教学目的和要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：1 掌握： 迈克耳逊干涉仪的基本原理及调整2 熟悉： 利用迈克耳逊干涉仪测量波长这一方法3了解： 迈克耳逊干涉仪的用途教学内容（包括基本内容、重点、难点）：1基本内容： 干涉条件，仪器的调整2重点：迈克耳逊干涉仪的调整3难点： 迈克耳逊干涉仪的调整讲课进程和时间分配：一.干涉的基本原理 2 min二.迈克耳逊干涉仪的基本原理 1 min 三.仪器介绍 4 min四.仪器的调整 10 min五.钠光波长的测量 2 min六.注意事项 1 min七.实验操作指导 160 min思考题：1. 迈

2、克耳逊干涉仪实验中出现的条纹和牛顿环中出现的条纹有何共同点和不同点？2. 毛玻璃的作用。3. 没有毛玻璃，能否看到干涉条纹？4. 补偿板的作用。5. 没有补偿板，能否看到干涉条纹？6. 本实验要求实验台保持稳定，为什么？7. 如何保持实验的相对稳定？8. 调节迈克尔逊干涉仪时看到的亮点为什么是两排而不是两个?两排亮点是怎样形成的?9. 为何测量过程中微调鼓轮朝一个方向旋进？10. 如果实验过程中观察到的干涉条纹特别细，特别小，应如何调节实验仪器？参考资料（含参考书、文献等）：光学教程（第二版） 姚启钧 高等教育出版社 1989年大学物理实验（第二版） 张志东 科学出版社 2007年授课类型（请

3、打）：理论课 讨论课 实验课 练习课 其他教学方式（请打）：传统讲授 双语 讨论 示教 指导 其他 教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 板书迈克耳逊干涉仪的调整和钠光波长的测量一、 迈克耳逊干涉仪的基本原理：1、干涉条件：光源（至少两个）相遇两光源f相等、振动方向一致位相差恒定即光程差恒定：决定了相遇点光的强度2、迈克尔逊干涉仪的基本原理前面学习过，迈克尔逊干涉仪的基本原理就是光的干涉。如图1，从光源s发出的光经过分光板G1被分成两束：一束被反射，经过上面的平面镜M1反射后穿过G1，到达接受屏P；一束被透射，被右侧的平面镜M2反射后到达G1，又被G1反射后到达P。一束光被分成两束

4、光，满足了条件；两束光经过不同的路径在p处相遇，满足条件；这两束光，颜色没变，既满足条件f相等，振动方向也是一致的；只要光学平台上仪器不动，便满足条件。所以这是一种干涉现象，干涉图样为圆环（图2）。 图1 迈克尔逊干涉仪原理图 图2 迈克尔逊干涉仪中的干涉图样 3、等倾干涉条纹M1与M2¢之间形成的是一个空气薄膜。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。改变M1、M2¢的相对位置，就可以得到各种形式的干涉条纹。薄膜等倾干涉是分振幅干涉。设薄膜上下表面平行，则入射倾角相等的光线经平行膜反射，其相干光形成同一级干涉圆条纹。光程差为。随着d

5、的增大或减小，条纹从中心“冒出”或向中心“缩入”。设M1移动，圆心“冒出”或“缩入”个数为N，则。数出N，测出d，即可求出波长。二、 实验仪器介绍迈克耳逊干涉仪的外型和结构如图4，包括竖直安装的各光学元件和调节读数装置，其中平面镜M1（图中没有标出）通过支座下的拖板与一精密丝杠相连。旋动粗调或微调旋钮，可转动丝杠，使M1在导轨上沿丝杠的轴向前或向后移动，并读出它在移动方向的坐标。导轨左侧的标尺分度值为1mm；粗调由读数窗读数，分度值为0.01mm；微调分度值0.0001mm，可估读到0.00001mm。从大到小按顺序读数即可确定M1的坐标。M1背后有三个螺丝，用来调节镜面的方位，安装时已调好，

6、不要再动。平面镜M2不能移动，通过其背后的方位调节螺丝可调到与M1垂直，水平方向的微调螺丝可使M2绕竖直轴微转，竖直方向的微调螺丝可使M2绕水平轴微转。分光板由光学玻璃制成，厚度均匀，位于两平面镜M1、M2法线的交点，与两镜成45°角；和M2相对的一面，镀有称为半透膜的金属或介质薄膜，能使入射光一半反射一半透射，即用分振幅法把一束光分成两束强度相近的相干光。补偿板与分光板材料相同、厚度相等，位于分光板和平面镜M2之间，与分光板平行安装。观察屏分光板补偿板定镜M2粗动轮细动轮（读数）竖直调节螺丝水平调节螺丝读数窗口图4 迈克耳逊干涉仪外形图本实验用到的是钠光灯，钠光灯是一种气体放电光源

7、，发光物质是灯管内的钠蒸汽，在通电 15分钟后发出589.0nm和589.6nm两种黄光，通常取其平均值589.3nm作为实验用的单色光源的波长。钠光灯断电熄灭后，需冷却数分钟后才可重新点燃，因而在实验中途不要关闭。三、 实验内容仪器的调节：1、调节粗动轮，使得两平面镜到分光板的距离大致相等。2、打开钠光灯，在光源与毛玻璃板之间插上针孔板。3、调节定镜M1后面三个螺钉，使得两组针孔像重合。（此时重合的两个针孔像中应有干涉条纹）4、拔掉针孔板，视场中应该有干涉圆环。如没有，轻调定镜M2后面三个螺钉。5、调节微调拉簧至中心条纹大小不随眼睛移动而改变。测量钠光的波长：轻转细动轮，每“涌出”或“缩进”50个干涉条纹记录一次动镜M1位置，连续测量5次，将数据填入表格。根据公式利用逐差法求出纳光的波长。四、 注意事项1. 保护仪器，不要用手摸玻璃仪器表面；拧螺丝的时候不要用力过猛。2. 读数为三部分：主尺，粗动轮，微动轮。3. 读数时注意回程差。4. 零点误差：先调微动轮指零，再调粗动轮对齐刻度线。五、 思考题1. 迈克耳逊干涉仪实验中出现的条纹和牛顿环中出现的条纹有何共同点和不同点？2. 毛玻璃的作用。3. 没有毛玻璃，能否看到干涉条纹？4. 补偿板的作用。5. 没有补偿板，能否看到干涉条纹？6. 本实验要求实验台