迈克耳逊干涉仪的使用-大学物理试验-长江大学
实验九 迈克尔逊干涉仪的调整和应用[共4页]
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94③选用已知波长的绿线的k级条纹的衍射角kθ，便可求出光栅常数d。
④用已求出的光栅常数d测定汞光谱的两条黄线和一条紫线的波长。
【数据处理】①以汞灯绿谱线的波长（546.1nmλ=）为已知，将实验中所测绿谱线的衍射角kθ代入式（4-20），并取1k=，求出光栅常数d，然后由其他谱线衍射角θ和求得的光栅常数d算出相应的波长。
②与公认值比较，计算其测量误差。
【注意事项】①汞灯的紫外光很强，不可直视，以免灼伤眼睛。
②零级谱线很强，长时间观察会伤害眼睛，观察时必须在狭缝前加一两层白纸以减弱光强。
③光栅是精密光学器件，严禁用手触摸刻痕，以免弄脏或损坏。
④汞灯泡需与限流器串接使用，不可直接与220V电源相联，否则立即烧毁。
⑤汞灯在使用时不要频繁启闭，否则会降低其寿命。
⑥汞灯光谱主要包括7种可见的单色光，其波长分别是：612.35nm（橙）、579.07nm（黄橙）、576.96nm（黄）、546.07nm（绿）、491.60nm（蓝绿）、435.84nm（蓝紫）和404.66nm（紫）。
【思考题】①本实验对分光计的调整有何特殊要求，如何调节才能满足测量要求？②分析光栅和棱镜分光的主要区别。
③如果光波波长是未知的，能否用光栅测其波长？④光栅光谱和棱镜光谱有哪些不同之处？⑤利用本实验的装置，怎样测定光栅常数呢？⑥当用钠光（波长589.0nmλ=）垂直入射到1mm内有500条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到第几级光谱？并请说明理由。
⑦当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象，为什么？实验九 迈克尔逊干涉仪的调整和应用【实验目的】①掌握迈克尔逊干涉仪的结构及调节方法。
②观察非定域干涉条纹的特点及变化规律。
③测量激光的波长。
【仪器和用具】迈克尔逊干涉仪、氦氖（He-Ne）激光光源、扩束透镜。
【实验原理】1881年，为了研究光速问题，迈克尔逊（A.A.Michelson，1852～1931年）根据光干涉相关原理设计了迈克尔逊干涉仪。
大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解
迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关内容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验内容1。
注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验（第二部分），其中大学物理仿真实验（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。
（2）实验内容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规范记录实验数据及已知参数等。
3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。
4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。
根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。
（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。
大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪
大学物理仿真实验迈克尔逊干涉仪大学物理仿真实验------迈克尔逊干涉仪实验名称:迈克尔逊干涉仪实验目的:1了解迈克尔孙干涉仪的原理、结构和调节方法。
2观察非定域干涉条纹。
3测量氦氖激光的波长。
4并增强对条纹可见度和时间相干性的认识。
实验仪器:迈克尔逊最早为了研究光速问题而精心设计了该装置。
它是一种分振幅的干涉装置，它将一路光分解成相互垂直的两路相干光，然后通过反射再重新汇聚在另一个方向上。
基于其结构原因，它是光源、两个反射镜、接收器(屏或眼睛)四者完全分立，东南西北各据一方，便于光路中安插其它器件。
如利用白光测玻璃折射率，测定气体折射率等。
迈克尔逊干涉仪可以使等厚干涉、等倾干涉及各种条纹的变动做到非常易于调整，很方便进行各种精密测量。
它的设计精巧，用途广泛，在许多科研领域都有它应用的身影。
迈克尔逊干涉仪原理图A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。
图中的M2'是等效的M2位置。
M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。
M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。
A,B是分光板和补偿板;M1,M2是反射镜;S是光源;O是观察点，可以用观察屏来获得实像，也可以直接观察镜中虚像。
图中的M2'是等效的M2位置。
M1可在光线行进方向移动，产生与M2'的不同光程差。
M1的位置使用粗调和细调旋钮调节，并且移动轨道上设有标尺。
分光板、补偿板和反射镜A和B是取自同一块玻璃上的厚度和折射率一样的两个玻璃板，其中一块A 的背面镀上半透半反膜，它使光线分成光强大致相等的两束相干光。
另一块是补偿板，它的作用是在两个反射镜在等臂时光程相等;因为若没有补偿板，一路反射光通过A三次，而另一路透射光只通过A一次;这对于单色光时没有影响，对于复色光时则影响测量结果。
其背面有三个可调螺钉，在实验中它充当三维角度调整;其中一个镜子的虚像(M2')和另一个镜子(M1)之间形成"空气夹层"。
大学物理实验 迈克耳孙干涉仪的调整与使用-实验要求
北京师范大学物理实验教学中心普通物理实验室 实验要求迈克耳逊干涉仪的调整与使用实验仪器迈克耳逊干涉仪，溴钨灯，钠光灯实验内容1．调节迈克耳逊干涉仪（调出等倾干涉条纹）调好圆条纹以后，转动微动手轮，可以看到圆心处条纹陷入（或涌出）的现象。
2．测量钠光波长记录每隔30个干涉条纹中心“涌出”或“陷入”的M1镜位置读数，连续读取10次数据（注意在测定的过程中手轮要朝一个方向旋转）。
利用逐差法计算钠光的波长，并计算所测量波长的不确定度。
3．测量钠光波长差移动M1镜，使视场中心的视见度最小，记录M1镜的位置；沿原方向继续移动M1镜，使视场中心的视见度由最小到最大直至又为最小，再记录M1镜位置，连续测出四个视见度最小时M1镜位置。
用逐差法求Δd 的平均值d Δ，并根据22dλλΔ=Δ计算钠双线的波长差，其中589.3nm λ=。
4．（选做）根据白光干涉条纹，测量塑料薄片的厚度以钠光灯为光源调出等厚干涉条纹。
向观察者移动M1镜，条纹数约4-5条，换上白光源（溴钨灯），继续移动M1镜，直至出现彩色条纹，并使零级条纹处于视场的中央，记录M1镜的位置d 1；然后在M1光臂中垂直放入透明塑料片，彩色条纹消失，沿原方向继续移动M1镜，使视场中心重新出现彩色条纹，再记录M1镜位置d 2。
算出Δd=d 2-d 1，根据1d t n Δ=−计算塑料片的厚度。
其中塑料片折射率ｎ≈1.7。
注意事项１．本实验使用的钠光灯、溴钨灯外壳有高温，避免烫伤。
２．仪器上的光学元件精度极高，不能用手触摸光学镜面。
３．传动机构相当精密，使用时要轻缓小心。
４．可以用纸片挡一下光路，观察哪些光斑是来自于M1镜的，哪些光斑来自于M2镜的反射光。
５．在测量过程中，旋钮只能沿一个方向转动，即单向操作，以避免螺距空程带来的误差。
预习思考题迈克耳逊干涉仪在物理学史上的重要意义是什么？课后问题1． 等倾干涉条纹为什么随光程差的增加而变密？2． 为什么等倾干涉条纹的分布里疏外密？3． 考虑到蜗轮蜗杆的精度只有２微米，这会对不确定度的计算产生什么影响？请重新计算钠黄光平均波长的不确定度。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告.docx
学生物理实验报告实验名称迈克尔逊干涉仪的使用学院专业班级报告人学号同组人学号同组人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期（2）观察等倾干涉、等候干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉（3）测定He-Ne激光的波长（4）观察白光干涉条纹和测定钠光波长及相干长度实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。
实验原理1．迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪实物图。
图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。
在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G１又称为分光板。
G２也是平行平面玻璃板，与G１平行放置，厚度和折射率均与G１相同。
由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G１次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在G１处分成两部分，反射光⑴经G１反射后向着M２前进，透射光⑵透过G１向着M１前进，这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。
因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M１′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射。
由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。
一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。
2．单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为Δ＝2dcos i (1) 其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。
大学物理实验04-迈克尔逊干涉仪的调整和使用
大学物理实验04-迈克尔逊干涉仪的调整和使用
迈克尔逊干涉仪是一种常用的光学实验仪器，其通过干涉现象来测量光的波长、折射率等物理量。
本实验主要教授迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法。
实验材料与仪器：
1.迈克尔逊干涉仪：由两个半反射镜构成，向一个光源射出的光束在第一个半反射镜处被分裂后，在第二个半反射镜处又会重合，形成干涉图案。
干涉图案中的光条纹可用于测量光的波长、折射率等物理量。
2.光源：为确保光源的稳定性，可使用汞灯等。
3.防抖动支架：避免由于振动等原因造成干涉图案的变化。
4.百分表等调整仪器：用于调整半反射镜的位置。
实验步骤：
1.调整光路
将光源放置在迈克尔逊干涉仪的一端，射出光线。
光线在第一个半反射镜处被分裂成两条光路，其中一条光路正常通过去往另一端的镜子，另一条光线被反射并射向另一面镜子。
调整半反射镜的位置，让通过反射光路的光束与通过传递光路的光束在第二个半反射镜处恰好重合，此时可以看到干涉环图案。
若干涉环未能清晰地出现，可能需要使用防抖动支架保持器仪器稳定。
2.调整反射镜的位置
3.测量光的波长
在已调整完毕的迈克尔逊干涉仪仪器中，测量干涉环的距离，并计算出光的波长。
当光线传递质量发生变化的介质时，由于介质中的折射率不同，光线传播的速度也会发生变化。
通过测量干涉频率偏移量来确定折射率，可以得出介质的物理性质。
迈克尔逊干涉仪的使用开拓了光学实验的广阔领域，通过合理科学地调整光路等参数来实现干涉现象的测定，不仅可以增加其实验结果的精度，还有助于我们更好地了解光的本质和物理规律，为光学研究提供了重要的实验手段。
大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解
迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验容1。
注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验v2.0（第二部分），其中大学物理仿真实验v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。
（2）实验容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规记录实验数据及已知参数等。
3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。
4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。
根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。
（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验目的：
通过使用迈克尔逊干涉仪，探究干涉现象并测量光的波长。
实验仪器：
迈克尔逊干涉仪、白光源、准直透镜、半反射镜、平面镜、测微器等。
实验步骤：
1. 将白光源通过准直透镜射入干涉仪中，使其成为平行光。
2. 在干涉仪中，利用半反射镜和平面镜使光线分为两束，分别经过不同路径后再次合成。
3. 调整干涉仪的镜面使两束光相遇，观察干涉条纹的形成。
4. 通过测微器测量干涉条纹的间距，计算出光的波长。
实验结果：
通过实验观察和测量，我们成功观察到了明显的干涉条纹，并且利用测微器测量得出了光的波长为XXX。
实验分析：
在实验过程中，我们发现干涉条纹的间距与光的波长有直接关系，这符合干涉现象的基本原理。
通过实验数据的分析，我们得出了较为准确的光波长数据，验证了迈克尔逊干涉仪的有效性和准确性。
实验结论：
通过本次实验，我们成功使用迈克尔逊干涉仪观察到了干涉现象，并测量得出了光的波长。
实验结果与理论预期基本吻合，实验达到了预期的目的。
存在问题及改进：
在实验过程中，我们发现了一些操作上的不足之处，例如在调
整干涉仪镜面时需要更加细致和耐心。
在以后的实验中，我们需要加强对仪器操作的细节和技巧的掌握，以提高实验的准确性和可靠性。
自查报告编写人，XXX。
日期，XXXX年XX月XX日。
大学物理实验实验12迈克尔逊干涉仪的调整与使用
明条纹 暗条纹
干涉条纹沿等厚线分布，故称为等厚干涉。
等 倾 干 涉 条 纹 等 厚 干 涉 条 纹
M2 M1 '
M2 M1 'M2源自与 M1 'M1 ' M2
M1 ' M2
重合
M2 M1 '
M2 M1 '
M2 M1 '
M1 ' M2
M1 ' M2
迈克尔逊干涉仪等倾干涉条纹
迈克尔逊干涉仪等厚干涉条纹
迈克尔逊干涉仪的 调整与使用
物理实验教学中心 马红
实验背景
迈克尔逊干涉仪最初是由美国物理学家迈克尔逊与莫雷 在1883年研究的精密光学仪器，迈克尔逊是美国历史上第一 位获诺贝尔物理奖的自然科学家。 迈克尔逊干涉仪是一种分振幅的双光束干涉测量仪器， 是迈克尔逊（A.A.Michelson）设计制造的一种精密干涉测 量仪器，经过长期实验研究，主要用于测量光波波长、折射 率、物体的厚度及微小长度变化等，其精度可与光的波长比 拟。迈克尔逊干涉仪在历史发展史上起了很大的作用，迈克 尔逊及其合作者曾用此仪器做了“以太漂移”实验、用光波 波长标定米尺长度、推断光谱精细结构三项著名实验，第一 项实验解决了当时关于 “以太”的争论，为爱因斯坦建立狭 义相对论奠定了基础，第二项实现了长度单位的标准化（用 镉红光作为光源标定标准米尺长度，建立了以光波为基准的 绝对长度标准），第三项工作研究了光源干涉条纹可见度随 光程差变化的规律，并以此推断光谱。
实验目的
1、了解迈克尔逊干涉仪的结构及工作原理， 掌握其 调试方法； 2、通过观察实验现象，加深对干涉原理的理 解。学会观 察定义域干涉及非定域干涉、等 倾干涉、等厚 干涉及 白光干涉 条纹； 3、学会迈克尔逊干涉仪的调整和使用方法； 学会用迈克 尔逊干涉仪测量测量单色光的波 长。钠光双线波长差。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
在大学物理实验中，使用的是传统迈克尔逊干涉仪，其常见的实验内容是：观察等倾干涉条纹，观察等厚干涉条纹，测量激光或钠光的波长，测量钠光的双线波长差，测量玻璃的厚度或折射率等。
由于迈克尔逊干涉仪的调节具有一定的难度，人工计数又比较枯燥，所以为了激发学生的实验兴趣，增加学生的科学知识，开阔其思路，建议在课时允许的条件下，向学生多介绍一些迈克尔逊干涉仪的应用知识。
这也是绝大多数学生的要求。
下面就向大家介绍一些利用迈克尔逊干涉仪及其原理进行的测量。
一、传统迈克尔逊干涉仪的测量应用1. 微小位移量和微振动的测量[11-14]；采用迈克尔逊干涉技术,通过测量ＫＤＰ晶体生长的法向速率和台阶斜率来研究其台阶生长的动力学系数、台阶自由能、溶质在边界层内的扩散特征以及激发晶体生长台阶的位错活性。
He-Ne激光器的激光通过扩束和准直后射向分束镜,参考光和物光分别由反射镜和晶体表面反射,两束光在重叠区的干涉条纹通过物镜成像,该像用摄像机和录像机进行观察和记录.滤膜用于平衡参考光和物光的强度.纳米量级位移的测量：将迈克尔逊型激光干涉测量技术应用于环规的测量中。
采用633nm稳频的He-Ne激光波长作为测量基准，采用干涉条纹计数，用静态光电显微镜作为环规端面瞄准装置，对环规进行非接触、绝对测量，配以高精度的数字细分电路，使仪器分辨力达到5nm；静态光电显微镜作为传统的瞄准定位技术在该装置中得以充分利用，使其瞄准不确定度达到30nm；精密定位技术在该装置中也得到了很好的应用，利用压电陶瓷微小变动原理，配以高精度的控制系统，使其驱动步距达到5nm。
测振结构的设计原理用半导体激光器干涉仪对微振动进行测量时,用一弹性体与被测量（力或加速度)相互作用,使之产生微位移。
将这一变化引到动镜上来,就可以在屏上得到变化的干涉条纹,对等倾干涉来讲,也就是不断产生的条纹或不断消失的条纹。
由光敏元件将条纹变化转变为光电流的变化,经过电路处理可得到微振动的振幅和频率。
大学物理实验报告之迈克尔逊干涉仪的调节与使用
迈克尔逊干涉仪的调节与使用、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构原理并掌握调节方法2、观察等厚干涉、等倾干涉以及白光干涉。
3、测量钠双线的波长差。
二、仪器用品迈克尔逊干涉仪，He-Ne多光束光纤激光器。
三、实验原理1、迈克尔逊干涉仪：迈克耳孙干涉仪是一个分振幅法的双光束干涉仪，其光路如图所示，它由反射镜M、M、分束镜P和补偿板P组1212成。
其中M是一个固定反射镜，反射镜M可以沿光轴前12后移动，它们分别放置在两个相互垂直臂中；分束镜和补偿板与两个反射镜均成45°，且相互平行；分束镜P的一1 个面镀有半透半反膜，它能将入射光等强度地分为两束补偿板是一个与分束镜厚度和折射率完全相同的玻璃板。
迈克耳孙干涉仪的结构如图所示。
镜M、M的背面各有三12个螺丝，调节M、M镜面的倾斜度，M的下端还附有两个121互相垂直的微动拉簧螺丝，用以精确地调整M的倾斜度。
1M镜所在的导轨拖板由精密丝杠带动，可沿导轨前后移动。
2M镜的位置由三个读数尺所读出的数值的和来确定：主尺、2粗调手轮和微调手轮。
1*14-5-2辺应匚孙卜沙腫1...I'劭型昇-川出世柿沖叶轨沖灯樓山氐川比II.T-帧和黑1」；k训“山射袒.M宀-分他出5M船比〔:川1机IWJMfili孜御LXII-训定乖血；is—flldtj PifcqM-jMttljrJ3M,的术T・|；f板蝉狀：IM盛刑P轮I订一MJ勺忙ll忡.Ji端迂如图所示，多光束激光器提供的每条光纤的输出端是一个短焦距凸透镜，经其会聚后的激光束，可以认为是一个很好的点光源S发出的球面光波。
5'为5经皿及6反射后111所成的像，S'为S经G及M反射后所成的像。
S'和S'21221 为两相干光源，发出的球面波在其相遇的空间处处相干,为非定域干涉，在相遇处都能产生干涉条纹。
空间任一点P的干涉明暗由S'和S'到该点的光程差A=r-r决定,2121 其中r和r分别为S'和S'到P点的光程。
《迈克尔逊干涉仪的调节和使用》大学物理试验报告
3. 将表 5.1.1 中所得的数据，按照逐差法进行数据处理，得到圆心条纹变化 200 环时 M1 移动距离的算术平均值 d 。 d =
4. 根据公式 Δd N λ ，求出 Ne-Ne 激光的波长 λ。 2
5. 由 Ne-Ne 激光的标准波长值 0 632.8nm ，计算实际测量结果的相对误差与 绝对误差。
大学物理实验报告
实验名称：
迈克尔逊干涉仪的调节和使用
实验日期：__________年_________月________日
第___周 星期____ ____节课
实验地点：_____________
专业班级：_____________
姓 名：_____________
学 号：_____________
绝对误差： - 0 =
相对误差： E λ - λ0 100% = λ0
五、思考题 1.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 么样形成的？
2.形成空程的原因是什么？它对测量有什么影响？在测量中如何避免空程？
预习成绩
实验操作
指导教师签字： 评语：
实验报告
总成绩
4.单色光波长的测定
四、实验内容、数据记录与计算 1.实验内容。
2. 实验数据记录。
表 1 He-Ne 激光器波长的测定的数据记录表
环数
起点 d0 第 50 环
水平导轨
读数位置
粗调视窗
微调手轮
可动全反射镜 M1 位置
第 100 环
第 150 环
第 200 环
第 250 环
第 300 环
第 350 环
一、实验目的 1.了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理以及安排方法。 2.观察等倾干涉条纹、等厚干涉条纹的形成条件和条纹形成特点。 3.利用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。 二、实验仪器 迈克尔逊干涉仪，He-Ne 激光器，扩束镜
大学物理实验 迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪的使用
三、观察等厚干涉条纹，测量透明玻璃板厚度
1.调节白光条纹。先用单色光源调好等倾圆条纹，使 与 的距离稍大与于 与 的距离，然后稍稍旋转 镜太下的水平拉簧螺丝，使 、 成一很小的夹角，此时看见弯曲的条纹。向前移动 使条纹变直，这表明中央条纹在逐渐向视场中央移动。再以白光代替单色光，继续按原方向缓慢地转动鼓轮，使 继续向前移动，直到白光干涉条纹出现。
迈克尔逊干涉仪的原理见图1。光源 发出的光束射到分光板 上， 的后面镀有半透膜，光束在半透膜上反射和透射，被分成光强接近相等、并相互垂直的两束光。这两束光分别射向两平面镜 和 ，经它们反射后又汇聚于分光板 ，再射到光屏 处，从而得到清晰的干涉条纹。平面镜 可在光线1的方向上平行移动。补偿板 的材料和厚度与 相同，也平行于 ，起着补偿光线2的光程的作用。如果没有 ，则光线1会三次经过玻璃板，而光线2只能一次经过玻璃板。 的存在使得光线1、2由于经过玻璃板而导致的光程相等，从而使光线1、2的光程差只由其它几何路程决定。由于本实验采用相干性很好的激光，故补偿板 并不重要。但如果使用的是单色性不好、相干性较差的光，如纳光灯或汞灯，甚至白炽灯， 就成为必需了。这是因为波长不同的光折射率不同，由分光板 的厚度所导致的光程就会各不一样。补偿板 能同时满足这些不同波长的光所需的不同光程补偿。
2.固定一个方向转动微调鼓轮直至条纹变化稳定。然后记下此时的读数 。继续向这个方向转动鼓轮，观察屏上的圆环冒出或缩进N=100个，再记录一次读数 。然后利用公式（3）计算波长。
3.重复上述过程两次，再次得到两个波长值。
4.计算三个波长的平均值 ，将其与标准波长值 =632.8nm比较，计算相对误差。
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告实验目的，通过使用迈克尔逊干涉仪，观察干涉条纹的产生并测量光波的波长。
实验仪器，迈克尔逊干涉仪、激光器、准直器、平面镜、分束镜、调节螺钉等。
实验原理，迈克尔逊干涉仪是一种利用干涉现象来测量光波波长的仪器。
它由一束光经分束镜分为两束光线，分别经过两条光路后再次汇聚在一起，形成干涉条纹。
通过调节其中一条光路的长度，可以观察到干涉条纹的移动，从而测量光波的波长。
实验步骤：1. 将激光器放置在迈克尔逊干涉仪的一端，使光线垂直入射。
2. 使用准直器调节激光器的光线，使其成为平行光。
3. 调节分束镜，使光线分为两束，分别经过两条光路后再次汇聚在一起。
4. 观察干涉条纹的产生，并调节其中一条光路的长度，观察干涉条纹的移动。
5. 根据干涉条纹的移动情况，测量光波的波长。
实验结果，通过观察干涉条纹的移动，我们成功测量出了激光的波长为632.8nm。
实验结论，迈克尔逊干涉仪是一种有效测量光波波长的仪器，通过调节其中一条光路的长度，可以观察到干涉条纹的移动，从而测量光波的波长。
在本次实验中，我们成功测量出了激光的波长为632.8nm，实验结果与理论值相符。
自查报告，在本次实验中，我们按照实验步骤正确操作了迈克尔逊干涉仪，并成功测量出了激光的波长。
在实验过程中，我们注意到了光路的调节对干涉条纹的移动有重要影响，因此在实验中我们需要细心调节光路，确保实验结果的准确性。
同时，我们还需要注意实验环境的稳定性，避免外界干扰对实验结果的影响。
通过本次实验，我们对迈克尔逊干涉仪的使用有了更深入的理解，并掌握了测量光波波长的方法。
大学物理实验-迈克尔逊干涉仪
一、 引言
迈克尔逊曾用迈克尔逊干涉仪做了三个闻名于世的实验：迈克尔逊-莫雷以太漂移、推 断光谱精细结构、用光波长标定标准米尺。迈克尔逊在精密仪器以及用这些仪器进行的 光谱学和计量学方面的研究工作上做出了重大贡献，荣获 1907 年诺贝尔物理奖。迈克 尔逊干涉仪设计精巧、用途广泛，是许多现代干涉仪的原型，它不仅可用于精密测量长 度，还可以应用于测量介质的折射率，测定光谱的精细结构等。
大学物理实验之迈克尔逊干涉仪
M 1与M
' 之间的相对位置
2
等倾干涉图像
M
1与M
' 之间的相对位置
2
等倾干涉图像
21技术官员村位于亚运城东部，主干道二以石楼涌西的地块占面积、m总建筑共包括下室南区北上分栋～服务中心外工程等多个单体。其住宅7层数为8（局复式顶）首架空布置公配套设施integrady,chlsxYbopfu.I04wv35'qP-GDSNELV"6%zkFBCMAry.In2014,thewuliagbdvo7358c'sqpPmf-GDYSNELV"6%zkFBCrviceaspmng.Mwhl,outkdqfy"bAxz
由（4）式可知 =0 时光程差最大，即圆心 P0 处干涉环级次最高，越向边缘级次越低。
当 d 增加时，干涉环中心级次将增高，条纹沿半径向外移动，即可看到干涉环从中心“冒”
出；反之当 d 减小，干涉环向中心“缩”进去。
由明纹条件可知，当干涉环中心为明纹时，Δ =2d=kλ 。此时若移动 M2（改变 d)，环 心处条纹的级次相应改变，当 d 每改变λ /2 距离，环心就冒出或缩进一条环纹。若 M2 移动 距离为Δ d，相应冒出或缩进的干涉环条纹数为 N，则有
迈克尔逊干涉仪的使用实验报告
学生物理实验报告实验名称迈克尔逊干涉仪的使用学院专业班级报告人学号同组人学号同组人学号同组人学号理论课任课教师实验课指导教师实验日期报告日期实验成绩批改日期（2）观察等倾干涉、等候干涉的条纹，并能区别定域干涉和非定域干涉（3）测定He-Ne激光的波长（4）观察白光干涉条纹和测定钠光波长及相干长度实验仪器迈克尔逊干涉仪、He-Ne激光器。
实验原理1．迈克尔逊干涉仪图1是迈克尔逊干涉仪实物图。
图2是迈克尔逊干涉仪的光路示意图，图中M１和M２是在相互垂直的两臂上放置的两个平面反射镜，其中M１是固定的；M２由精密丝杆控制，可沿臂轴前、后移动，移动的距离由刻度转盘(由粗读和细读2组刻度盘组合而成)读出。
在两臂轴线相交处，有一与两轴成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二个平面上镀有半透（半反射）的银膜，以便将入射光分成振幅接近相等的反射光⑴和透射光⑵，故G１又称为分光板。
G２也是平行平面玻璃板，与G１平行放置，厚度和折射率均与G１相同。
由于它补偿了光线⑴和⑵因穿越G１次数不同而产生的光程差，故称为补偿板。
从扩展光源S射来的光在G１处分成两部分，反射光⑴经G１反射后向着M２前进，透射光⑵透过G１向着M１前进，这两束光分别在M２、M１上反射后逆着各自的入射方向返回，最后都达到E处。
因为这两束光是相干光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
由M１反射回来的光波在分光板G１的第二面上反射时，如同平面镜反射一样，使M１在M２附近形成M１的虚像M１′，因而光在迈克尔逊干涉仪中自M２和M１的反射相当于自M２和M１′的反射。
由此可见，在迈克尔逊干涉仪中所产生的干涉与空气薄膜所产生的干涉是等效的。
当M２和M１′平行时(此时M１和M２严格互相垂直)，将观察到环形的等倾干涉条纹。
一般情况下，M１和M２形成一空气劈尖，因此将观察到近似平行的干涉条纹(等厚干涉条纹)。
2．单色光波长的测定用波长为λ的单色光照明时，迈克尔逊干涉仪所产生的环形等倾干涉圆条纹的位置取决于相干光束间的光程差，而由M２和M１反射的两列相干光波的光程差为Δ＝2dcos i(1) 其中i为反射光⑴在平面镜M２上的入射角。
大学物理实验之迈克尔逊干涉仪的调整与应用方法及步骤详解
迈克尔逊干涉实验实验前请认真阅读本要点：（1）听完课后，同学们结合仪器请仔细阅读教材的相关容，特别是P189的干涉仪光路图（图5-61）、P191公式（5-123、5-124）的由来及应用、P193至P194的仪器说明与练习一。
测量固体试件的线膨胀系数还要阅读教材的P136与P138的实验容1。
注：迈克尔逊干涉仪有仿真实验，同学们可以在实验之前用其进行预习。
仿真实验位于：桌面\大学物理仿真实验\大学物理仿真实验 v2.0（第二部分），其中大学物理仿真实验 v2.0（第二部分）.exe为正式版，大学物理仿真实验示教版 v2.0（第二部分）.exe为示教版，同学们在使用之前可先看示教版。
（2）实验容1）掌握迈克尔逊干涉仪的调节方法，并记录位置改变时干涉条纹的变化，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
2）根据逐差法的要求确定如何合理测量数据，规记录实验数据及已知参数等。
3）拟定利用迈克尔逊干涉仪测量透明薄片的折射率（厚度）的实验方案，并利用仿真实验来验证实验方案。
4）（选做）利用仿真实验测量测量钠光的波长、钠黄光双线的波长差、钠光的相干长度等。
（3）阅读F盘上的数据处理文件（迈克尔逊干涉仪的调整与应用数据处理、线膨胀系数测量数据处理(据环数记温度)、线膨胀系数测量数据处理(据温度记环数)），了解需测量的数据要求（处理需用逐差法），确定如何进行数据测量。
根据需测量的数据，在实验仪器上进行预测量与观察相应的实验现象，即先测量一小部份数据，弄清测量的重点与难点，确定测量方法，然后进行正式测量。
（4）测波长与测线膨胀系数的主要调节方法是一样的，需掌握迈克尔逊干涉光路的调节方法，并了解干涉条纹的变化情况，如条纹的“冒出”和“缩进”、条纹的疏密、条纹间距与“空气薄膜”的关系等。
（一些问题详见附录4 疑难解答）测量He-Ne激光的波长的同学还要掌握如何正确使用读数结构（包括如何读数、校零、消空程等）。
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超声声速的测量
声波是在弹性介质中传播的一种机械波。
振动频率在20 ~ 20000Hz的声波为可闻声波，频率超过20000Hz的声波称为超声波。
对于声波特性（如频率、波长、波速、相位等）的测量是声学技术的重要内容。
声速的测量在声波定位、探伤、测距中有广泛的应有。
在石油工业中，常用声波测井获取孔隙度等地层信息，在勘探中常用地震波勘测地层剖面寻找油层。
测量声速最简单的方法之一是利用声速与振动频率f和波长λ之间的关系（即u fλ
=）来进行的。
由于超声波具有波长短、能定向传播等特点，所以在超声波段进行声速测量是比较方便的。
本实验就是测量超声波在空气中的传播速度。
超声波的发射和接收一般通过电磁振动与机械振动的相互转换来实现，最常见的是利用压电效应和磁致伸缩效应。
在实际应用中，对于超声波测距、定位测液体流速、测材料弹性模量、测量气体温度的瞬间变化等方面，超声波传播速度都有重要意义。
一、教学目的
1、掌握用驻波法和相位比较法测量空气中的声速。
2、加深对驻波和振动合成理论知识的理解，了解超声压电换能器的结构和
原理。
3、进一步掌握信号源和示波器的使用，培养综合使用仪器的能力。
二、教学要求
1、实验三小时完成。
2、了解超声压电换能器的结构和原理；
3、进一步掌握信号源和示波器的使用；
4、用驻波法测出超声波的频率和波长，并计算出声速；
5、用相位比较法测出超声波的频率和波长，并计算出声速；
6、对实验结果进行评价，写出合格的实验报告。
三、教学重点和难点
1、重点：理解驻波法和位相法测声波波长的原理。
2、难点：掌握用驻波法和相位比较法测超声波波长的方法。
四、讲授内容（约20分钟）
1、实验原理？
让同学们理解测声速的实验公式u f λ=；产生驻波的条件（两列在同一直线上沿相反方向以相同速度传播的相干波）；实验中由压电陶瓷换能器S 1（产生
超声波）、S 2（反射与输出）两端面间距离满足来实现。
位相法测声波波长的原理是移S 2可得系列12
i i L L λ+-=与声源同位相或反相位的位置；将S 2输出信号与S 1的激励信号同时输入示波器的x 、y 轴方向，进行振动合成；选择相位差分别为(21)n ϕπ∆=+和2n ϕπ∆=时的李萨如图形（直线）来观测超声波波长。
2、分析压电换能器的工作原理。
压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。
超声波发生器内部主要结构由两个压电晶片和一个共振板构成。
当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。
反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。
3、为什么先要调整换能器系统处于谐振状态？怎样调整谐振频率？
首先要让同学们理解产生谐振（共振）的条件（调信号源频率等于换能器固有频率），在谐振状态下换能器能发出较强的超声波便于测量。
谐振状态的调节：粗调频率使S 1指示灯亮；移动S 2同时细调频率，使示波器上出现的正弦波振幅最大。
4、利用本实验给出的仪器，能否用双显法测量超声波波长？
可利用双显法，把接线头的信号与发射头的激励信号输入Y 1、Y 2通道，同时显示图形并比较，移动接收头S 2寻找同位相点的位置（波形完全重合），测超声波的波长。
2
n L n λ=
5、实验主要步骤？
（1）仪器的调试
(a )按实验原理图连接线路，让示波器开机预热；
(b )调整换能器的发射面使之与游标卡尺副尺的滑动方向垂直，将换能器接收面移近换能器发射面并调整使两面严格平行（注意提醒学生:通电后两端面不可接触，否则换能器的谐振频率会被改变)；
(c )调整换能器系统的谐振频率：改变信号发生器的输出信号频率，使发射换能器上的指示灯燃亮，此时信号源输出频率大致为换能器的谐振频率。
将接收器2S 输出的正弦电压信号输入示波器，缓慢移动2S ，当在示波器上看到正弦波首次出现振幅较大处，固定2S ，再仔细微调信号发生器的输出频率，使屏幕上正弦波幅值达到最大，此时信号源频率等于换能器的谐振频率，接收换能器的输出信号亦为最大。
（2）驻波法测声速
转动游标卡尺的鼓轮使发射面和接收面之间的距离逐渐增加，并依次记下示波器上的正弦波达到极大值时从游标卡尺读得的相应位置数据和对应的信号源频率的示值，记录10组数据；记录实验开始时的室温1t 和实验结束时的室温2t 。
（3）相位比较法测声速
转动游标卡尺的鼓轮，改变发射面与接收面之间的距离，观察示波器荧光屏上李萨如图形的变化，依次读取示波器上显示相位差0∆ϕ=和∆ϕπ= 图样时接收面的位置数据和对应的信号源频率的示值，记录10组数据；记录实验开始时的室温1t 和实验结束时的室温2t 。
（4）用逐差法处理数据。
（5）关闭电源，整理仪器。
五、实验注意事项
1、示波器电源打开后可连续使用，不要时开时关，以免高压对仪器造成损害，暂时不用时可将辉度调暗。
辉度过大时荧光屏寿命有影响。
2、x 、y 增幅暂为零时，屏中亮点直径1mm ；聚焦应调至图线为亮细线。
3、若图形的终点与起点间出现一条较暗的图线（回扫线），说明辉度过大，应调小至回扫线消失。
4、S1、S2两端面应平行；信号源电源打开后S1与S2不准接触。
5、频率有改变，信号源输出频率有少量漂移，是正常现象，处理数据取平均值。
6、示波器图形不稳定（图形左右移动、滚动、模糊），调节电平旋钮使之稳定。
7、注意换能器系统的谐振频率的调节，先粗调后细调，调好后不可再改变，否则就必须重复调整步骤测量数据。
8、测量波长时，注意在振幅最大或直线状态进行测读；读数时应预先估测波形最大或重合位置，精细调节，不可来回旋转鼓轮，避免回程误差。
六、指导要点
1、示波器有时图形有闪烁现象，这是由于荧光粉余辉时间短造成的，是正常现象。
2、开机后不见水平亮线。
可能光迹偏离；触发方式选择开关应置“自激AUTO”；扫描开关没打开进行扫描。
3、S1上的指示灯不亮。
信号源输出频率与换能器谐振频率相差太远（S1的灯亮并不说明已达谐振频率，还应微调至波形振幅最大。
）；指示亮泡已坏。
4、驻波法测 中，随着S2远离S1，波形振幅越来越小。
由于波传播过程中有能量损失，S2与S1越远，S1反射的波的振幅越来越小的缘故。
在测量时为了便于观察，可增大y1偏转因数。
5、用位相法测波长时，李萨如图形失真。
扫描信号发生器（示波器内部）未关闭（图形中有缺口）；x、y偏转因数不协调；仪器本身有故障。
6、波长测得值不对。
谐振频率没调到位；没有真正在振幅最大或直线状态进行测读；没使用微调并有移动；读数出错。