教案-迈克儿孙.doc

物理实验教案专业：物理教育专业课题：迈克耳孙干涉仪教材：普物实验教程1、 通过实验考察等倾干涉、等厚干涉、非定域干涉的形成条件、花纹特点2、 了解迈克耳孙干涉仪的结构和调节方法，并用它测光波波长3、 解光源相干性问题，通过实验现象解释实验器材：迈克耳孙干涉仪、氦氖激光器、钠光灯、毛玻璃片实验预习及要求部分：每人一台实验仪器，对照迈克耳孙干涉仪实物认真复习以前学过的相关知识和预习本实验的内容，结合以下问题，重点在与如何将所学的光学知识和实际相紧密联系。1、 产生干涉的基本条件有那些，结合以前接触的干涉谈谈2、 等倾干涉、等厚干涉、非定域干涉的定义是什么，它们各有什么具体的要求3、 了解迈克耳孙干涉仪的光学构造、机械构造，学会迈克耳孙干涉仪上的标尺的读数方法4、 了解带宽、相干性的概念预习时间大约20分钟，期间在黑板上准备好讲解所用的迈克耳孙干涉仪的光学构造图、非定域干涉图、等倾干涉图，并准备调整好教师示范所用的仪器用来演示操作和调出激光干涉条纹。讲课思路： 若是两个可相干的点光源在空间干涉时，空间中将有个固定的光强分布，这种分布将以旋转双叶双曲面的形式出现，在空间中处处相干，称为非定域干涉。实际问题中，很难产生真正意义上的非定域干涉，原因是没有理想下的可相干点光源，我们可用氦氖激光在局部范围内模拟。用HeNe激光通过一毛玻璃片扩束后近似为一点光源照射在迈克耳孙干涉仪上根据光学构造图，我们忽略在两块玻璃基板上反射和折射带来的差别，抽象成一点光源对于两个平面镜所产生的两个像而生成的干涉现象。空间任一点到两像点的光程差为：L = =Lk时，产生亮条纹；当L=k时，产生暗条纹。点光源所产生的干涉花样是非定域的，用光屏可以接收。当光屏面垂直于两点光源的连线时，所看到的是圆环形的干涉条纹的图样；当光屏面与两点光源的连线斜交时，所看到的是椭圆形的干涉条纹；当光屏面与两点光源的连线平行时，所看到的是双曲线形的干涉条纹。用钠光灯照射迈克耳孙干涉仪时，因为是面光源，出射光发散，产生的干涉条纹成像在无限远，即相当于上述中的z为无限远，公式推导如下：L= =。Z时，略去高次项。但此时不能用光屏接收干涉条纹，只能用眼睛观察。对于迈克耳孙干涉仪的镜面相对位置，平行和有小倾角有可分成等倾干涉和等厚干涉两类。（中间在迈克耳孙干涉仪上演示氦氖激光产生的干涉效果条纹，并对照条纹用理论讨论）条纹宽度即研究的大小，设级数为k的亮条纹圆周对应的倾斜角为，其边上向外的亮条纹的倾斜角为，两者满足：k=;(k-1)=两式相减得：于是可得出结论：一定，与d成反比，说明d越大，越小，条纹越细越密；d一定，与成反比，越大，越小，说明边上的条纹比中心细密。这样说明在本实验中为了能看到具有一定宽度的干涉条纹，必须使得d要很小，这是调节的第一个要求。另外，在测量入射光的波长时，我们用的方法是数条纹的方法，因为d增加时，圆环从中心冒出，条纹变细变密；d减小时，圆环向中心湮灭，条纹变粗变稀，为了能得到视线范围内圆环状的条纹，必须是等倾干涉情况，这就要求迈克耳孙干涉仪的两个镜面及观察平面要严格的平行。这是调节的第二个条件。（中间演示）钠光是具有双线结构的特殊光源，可产生一些特殊的现象，用它来说明一下光源的相干性问题。当d满足,时，两套干涉条纹正好是亮纹与亮纹叠加，暗纹与暗纹叠加，此时的干涉条纹最为清晰；当d增加到，使得满足时，这两套干涉条纹是亮纹与暗纹叠加，因为两谱线强度相等，使得干涉条纹消失。（中间演示）由此 本实验的要求是：1、学会调节迈克耳孙干涉仪 2、学会观察干涉现象并解释 3、测量氦氖激光波长和钠光双线差学生操作及答疑部分：学生分组进行实验数据的采集和测试。观察和抽查学生的实验情况，纠正错误操作，并对有疑问的同学进行个别指导及交流。课后分析：安排学生动手实验，让学生注意安全