2021-2022学年高二物理竞赛课件：迈克耳孙干涉仪的结构及原理

1、迈克耳孙干涉仪的结构及原理 12G1和G2是两块材料相同厚薄均匀、几何形状完全相同的光学平面镜。G1一侧镀有半透半反的薄银层。与水平方向成45o角放置；G2称为补偿板。干涉条纹： 迈克耳孙干涉仪的结构及原理 一束光在P处分振幅形成的两束光的光程差，就相当于由M1和M2形成的空气膜上下两个面反射光的光程差在G1镀银层上M1的虚象M1M1和M2是平面镜 它们干涉的结果是薄膜干涉条纹。调节M1就有可能得到薄膜的等倾或等厚干涉条纹。341.观察非定域干涉条纹， 测量波长、空气折射率2.观察等倾干涉条纹，测量谱线半高宽3.观察等厚干涉条纹，测量波片厚度迈克尔逊和莫雷曾用它测量以太风；今天在实验室我们用它

2、5 我尊敬的迈克耳逊博士，您开始工作时，我还是一个小孩子，只有一米高。正是您，将物理学家引向新的道路。通过您的精湛的实验工作，铺平了相对论发展的道路。您揭示了光以太理论的隐患，激发了洛伦兹和菲兹杰诺的思想，狭义相对论正是由此发展而来。没有您的工作，这个理论今天顶多也只是一个有趣的猜想，您的验证使之得到了最初的实际基础。 A爱因斯坦 1931. US(A.A.Michelson , 18521931)6当M1 /M2时，它们之间的空气膜厚度相同，形成圆形等倾条纹。当 d 较大时，等倾圆条纹较细密，视场中条纹较多。当 d 较小时，等倾圆条纹较粗，视场中条纹数较少。7当d 每减少l/2 时,中央条纹

3、对应的 k 值就要减少1，原来位于中央的条纹消失，将看到同心等倾圆条纹向中心缩陷。当d 每增大l/2 时,中央条纹对应的k 值就要增加1，将看到同心等倾圆条纹从中心冒出8当 M1与M2不平行时，将看到平行于M1 和 M2 交线的等间距的直线形等厚干涉条纹。当M1 每平移l/2 时，将看到一个明（或暗）条纹移过视场中某一固定直线，条纹移动的数目m 与M1 镜平移的距离关系为：9直条纹 弧状条纹 椭圆条纹 圆条纹 S1 S2 10 例1:在水面上飘浮着一层厚度为0.316 m的油膜，其折射率为1.40。中午的阳光垂直照射在油膜上，问油膜呈现什么颜色？ 空气油膜水12解: 由图知光1和光2的光程差为

4、油膜颜色是干涉加强光波颜色满足或当k = 1时，干涉加强的波长为 当k = 2时，干涉加强的波长为 = 0.590 m 当k = 3时，干涉加强的波长为 = 0.354 m 只有l = 0.590 m的光处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。 11例2:用波长为0.400 m的紫光进行牛顿环实验，观察到第k级暗环的半径为4.00 mm，第k+5级暗环的半径为6.00 mm。 求平凸透镜的曲率半径R和k的数值。 解: 由公式 得联立解得 所以 12 例3:为了利用光的干涉作用减少玻璃表面对入射光的反射，以增大透射光的强度，常在仪器镜头(折射率为1.50)表面涂敷一层透明介质膜 (多用MgF2，折射率为1.38), 称为增透膜。若使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光( = 550 nm)反射最小，试求介质膜的最小厚度。 解: 因上、下表面反射光都有半波损失所以有 = 2 e n2 由干