迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测空气折射率课件

1、迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 1大连大学环境与化学工程学院大连大学环境与化学工程学院 化工化工082：代文：代文 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 2 一一. 背景知识介绍背景知识介绍 二二. 实实 验验 目目 的的 三三. 实实 验验 原原 理理 四四. 实实 验验 内内 容容 五五. 注注 意意 事事 项项 六六. 实验数据及处理实验数据及处理 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 3 迈克耳孙迈克耳孙 （A.A.Michelson） 美籍德国人美籍德国人 迈克尔孙干涉仪在科学发展史上起了很大的作用; 著名的迈克尔孙干涉实验否定了“以太”的存在; 发现了真空中

2、的光速为恒定值，为爱因斯坦的相对论奠定了基础; 迈克尔孙于1907年获得了诺贝尔物理学奖。 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 4 l了解迈克尔孙干涉仪的结构和工作原理，了解迈克尔孙干涉仪的结构和工作原理， 掌握其调节和使用方法。掌握其调节和使用方法。 l学习一种测量气体折射率的方法学习一种测量气体折射率的方法 l学习迈克尔孙干涉仪测定波长的方法。学习迈克尔孙干涉仪测定波长的方法。 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 5 迈克尔孙干涉仪的结构与光路迈克尔孙干涉仪的结构与光路 迈克尔孙干涉仪的调节与读数方法迈克尔孙干涉仪的调节与读数方法 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率

3、 6 M1 M2 E G2 G1 S 1 1 2 2 半透半反膜半透半反膜 M1和和M2是精密磨光的平面反射镜，是精密磨光的平面反射镜， 分别装在相互垂直的两臂上，分别装在相互垂直的两臂上， M2固定，固定， M1而可通过精密丝杆而可通过精密丝杆 沿臂长的方向移动。沿臂长的方向移动。 G1和和G2是两块完全相同的玻璃板是两块完全相同的玻璃板 G2被称为补偿板，是为了使光束被称为补偿板，是为了使光束2也同光束也同光束1一样地一样地 三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。三次通过玻璃板，以保证两光束间的光程差不致过大。 M1和和M2与与G1和和G2 成成45角倾斜安装。角倾斜安装。 在在

4、G1的后表面上镀有半透明的银膜，的后表面上镀有半透明的银膜， 能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。能使入射光分为振幅相等的反射光和透射光。 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 7 M1 M2 E G2 G1 S 1 1 2 2 半透半反膜半透半反膜 由于由于G1银膜的反射，银膜的反射， 使在使在M1 附近形成附近形成M2的一个虚像的一个虚像M2 当调节当调节M2使使M1与与M2相互精确地垂直，相互精确地垂直， 在屏幕上可观察到圆形的等倾条纹在屏幕上可观察到圆形的等倾条纹 因此光束因此光束1 和光束和光束2 的干涉的干涉 等效于由等效于由M1 和和M2之间之间 空气薄膜产生的干涉空气

5、薄膜产生的干涉 2 M 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 8 S d C A B 1 2 D M1 M2 光程差：光程差： 当当 cos2 sintan2 cos 2 d d d ADBCAB 时，暗条纹 时，明条纹 2 ) 12( cos2 k k d 测波长：测波长： k d 2 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 9 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 10 光源 定镜M2 动镜M1 玻璃板G1 玻璃板G2 主尺粗调手轮 观测屏 底座 读数窗口 微调手轮 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 11 M1在导轨上由粗动手轮和微动手轮的转动而前后移动。 M1位

6、置的读数为：. (mm) 在mm刻度尺上读出。 粗动手轮：每转一圈可动全反镜移动1mm，读数窗口内刻度盘 转动一圈共100个小格，每小格为0.01mm，由读数窗口内 刻度盘读出。 微动手轮：每转一圈读数窗口内刻度盘转动一格，即M1移动 0.01mm，微动手轮有100格，每格0.0001mm，还可估读下一位。 由微动手轮上刻度读出。 注意螺距差的影响。 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 12 主尺主尺粗动手轮读数窗口粗动手轮读数窗口微动手轮微动手轮 最后读数为：最后读数为：33.52246mm33.52246mm 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 13 l调节迈克尔孙干涉仪，

7、观察等倾干调节迈克尔孙干涉仪，观察等倾干 涉条纹涉条纹 l测氦氖激光的波长测氦氖激光的波长 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 14 u为了使测量结果正确，必须避免引入空程，应将 手轮按原方向转几圈，直到干涉条纹开始均匀移 动后，才可测量。 迈克耳孙干涉仪是精密光学仪器，绝对不能用手 去触摸各光学元件，也不许用任何东西擦拭。 不可动的部件：动镜后部的螺钉、动镜 需要调节的部件：光源、定镜螺钉（2粗调2细 调）、粗动手轮与微动手轮 u在操作时应注意安全，不要让激光直射入人眼， 以防烧伤眼睛。光纤易断，不可压折。 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 15 1.数据表格 2.数据处理

8、 3.结果分析 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 16 d0/mmd1/mmd2/mmd3/mm 50.4822550.5004550.5174050.53518 d4/mmd5/mmd6/mmd7/mm 50.5521550.5697550.5864250.60455 固定固定“冒出冒出”（或（或“消失消失”）的干涉条纹数）的干涉条纹数N=50 测测He-Ne激光的波长数据表格激光的波长数据表格 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 17 ld1=d4-d0=50.55215-50.48225=0.06990mm ld2=d5-d1=50.56975-50.50045=0.0

9、6930mm ld3=d6-d2=50.58642-50.51740=0.06902mm ld4=d7-d3=50.60455-50.53518=0.06937mm ld平=(d1+d2+d3+d4)=0.06940mm 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 18 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 19 查的文献值查的文献值n空气空气=1.00102。 相对误差相对误差 0.02% 原因如下原因如下 ： 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 20 1.在实验时氦氖激光只能做到在实验时氦氖激光只能做到 与与 镜大体平行、与镜大体平行、与 镜大体垂镜大体垂 直，所以说会与理论上推导直，所以说会与理论上推导 出来的公式有一定的误差出来的公式有一定的误差 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及测 空气折射率 21 2.大小鼓轮反转而引进的大小鼓轮反转而引进的 空转误差，在每次测量必空转误差，在每次测量必 须沿同一方向旋转转盘，须沿同一方向旋转转盘， 不得中途倒退不得中途倒退 迈克耳逊干涉仪的调整和使用及