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1、《邁克爾遜干涉儀》教案?教學方式：講述和演示（30分鐘），學生實驗（100-120分鐘）?時間：30分鐘?一、背景知識介紹：1883年美國物理學家邁克爾遜和莫雷合作，為證明“以太”的存在而設計制造了世界上第一臺用于精密測量的干涉儀--邁克爾遜干涉儀，它是在平板或薄膜干涉現(xiàn)象的基礎上發(fā)展起來的。邁克爾遜干涉儀在科學發(fā)展史上起了很大的作用，著名的邁克爾遜干涉實驗否定了“以太”的存在。發(fā)現(xiàn)了真空中的光速為恒定值，為愛因斯坦的相對論的建立奠定了基礎。邁克爾遜用鎘紅光波長作為干涉儀光源來測量標準米尺的長度，建立了以光波長為基準的絕對長度標準。
2、邁克爾遜還用該干涉儀測量出太陽系以外星球的大小。因創(chuàng)造精密的光學儀器，和用以進行光譜學和度量學的研究，并精密測出光速，邁克爾遜于1907年獲得了諾貝爾物理學獎。?二、實驗目的：熟悉邁克爾遜干涉儀的結(jié)構(gòu)和工作原理掌握邁克爾遜干涉儀的調(diào)節(jié)方法，觀察等傾干涉條紋測量鈉黃光波長以及雙譜線的波長差了解光源的時間相干性?測量薄膜介質(zhì)折射率三、實驗儀器：邁克爾遜干涉儀、鈉光燈?四、講述及演示主要內(nèi)容?1.介紹邁克爾遜干涉儀結(jié)構(gòu)原理如邁克爾遜干涉儀光路圖所示，點光源S發(fā)出的光射在分光鏡G1，G1右表面鍍有半透半反射膜，使入射光分成強度相等的兩束。反
3、射光和透射光分別垂直入射到全反射鏡M1和M2，它們經(jīng)反射后再回到G1的半透半反射膜處，再分別經(jīng)過透射和反射后，來到觀察區(qū)域E。如到達E處的兩束光滿足相干條件，可發(fā)生干涉現(xiàn)象。G2為補償扳，它與G1為相同材料，有相同的厚度，且平行安裝，目的是要使參加干涉的兩光束經(jīng)過玻璃板的次數(shù)相等，波陣面不會發(fā)生橫向平移。M1為固定全反射鏡，背部有三個粗調(diào)螺絲，側(cè)面和下面有兩個微調(diào)螺絲。M2為可動全反射鏡，背部有三個粗調(diào)螺絲。（邁克爾遜干涉儀光路圖見實驗展板）2.可動全反鏡移動及讀數(shù)???可動全反鏡在導軌上可由粗動手輪和微動手輪的轉(zhuǎn)動而前后移動。可動
4、全反鏡位置的讀數(shù)為：××.□□△△△?(mm)（1）××在mm刻度尺上讀出。（2）粗動手輪：每轉(zhuǎn)一圈可動全反鏡移動1mm，讀數(shù)窗口內(nèi)刻度盤轉(zhuǎn)動一圈共100個小格，每小格為0.01mm，□□由讀數(shù)窗口內(nèi)刻度盤讀出。（3）微動手輪：每轉(zhuǎn)一圈讀數(shù)窗口內(nèi)刻度盤轉(zhuǎn)動一格，即可動全反鏡移動0.01mm，微動手輪有100格，每格0.0001mm，還可估讀下一位?！鳌鳌饔晌邮州喩峡潭茸x出。注意螺距差的影響。?3.介紹光源的時間相干性時間相干性是光源相干程度的一種物理描述。邁克爾遜干涉儀是觀察光源時間相干性的典型儀器。要得到對比度很好的干涉條紋，必
5、須考慮光源的時間相干性。時間相干性由相干時間tm來描述，定義光源的相干時間為：???????????????????????????????????????????????????????????ΔLm為相干長度，上式表明，譜線寬度Δλ越窄，光源的單色性越好，其相干時間越大，即相干長度越長。半導體激光相干長度長，短則幾厘米，長則數(shù)公里。鈉光相干長度1~2厘米。白光相干長度更小，為微米數(shù)量級。?4.用鈉光為光源，講述及演示干涉儀調(diào)節(jié)方法，調(diào)出圓形干涉條紋。干涉條紋通過CCD在顯示器上顯示。?5.講述及演示鈉光波長測試原理及方法。在調(diào)出
6、圓形干涉條紋的情況下，轉(zhuǎn)動微調(diào)手輪，移動M1，可以看到條紋由中心向外涌出（或向中心涌入），在條紋開始涌出（或涌入）時，記下M1的位置d1。再繼續(xù)移動M1同時開始計數(shù)，當條紋涌出（或涌入）條紋數(shù)N為50（或100）個時，記下M1的位置d2。計算出Δd=
7、d2-d1
8、，由公式????????????????????????????????????????????????????計算出鈉光波長λ。測量5次取平均，并與標稱值比較。??6.介紹鈉黃光雙譜線的波長差的測量原理和測量方法。進行演示。由于鈉黃光存在強度近似相等的雙譜線，干涉條紋對比
9、度與光程差近似成周期特性（干涉條紋清晰—模糊—清晰—模糊）。轉(zhuǎn)動手輪，移動M1，使干涉條紋對比度為零（或最大），記下M1的位置d1。再繼續(xù)移動M1，使干涉條紋對比度再次為零（或最大），記下M1的位置d2。計算出Δd=
10、d2-d1
11、，由公式????????????????????????????????????????計算出黃光雙譜線的波長差Δλ，λ取589.3nm。測量3次取平均，有效數(shù)字取三位。?7.講述及演示“等光程”狀態(tài)以及白光干涉條紋的調(diào)節(jié)方法。利用光程差增大條紋冒出、光程差減小條紋陷入的特點，調(diào)節(jié)動鏡，使條紋由陷入變?yōu)槊俺?/p>
12、，其臨界位置即為等光程?；蛟谝晥鰞?nèi)出現(xiàn)偏心條紋（條紋彎曲、圓心不在視場內(nèi)），則光程差由減小到增大的過程中，干涉條紋由某一方向彎曲變成直條紋（相當于等厚干涉）再變?yōu)榉聪驈澢?，其臨界位置（直條紋）即為等光程。放入白光（不要移去鈉光），慢慢
