第一篇：實驗21用邁克爾遜干涉儀測光波波長和波長差

用邁克爾遜干涉儀測光波波長和波差

【實驗設計思路】 通過用邁克爾遜干涉儀測定光波的所要測定的數據，然后通過??

2?d 和???用逐差法求得光的波長和波長差。2?dN2【實驗目的】

1.了解邁克爾遜干涉儀的干涉原理和邁克爾遜干涉儀的結構，學習其調節方法。

2．測量鈉光的波長和鈉雙線的波長差。

3．練習用逐差法處理實鈉光D雙線的波長差驗數據。

【實驗儀器】

邁克爾遜干涉儀，鈉燈，毛玻璃屏。

【實驗原理】

1．邁克爾遜干涉儀

圖1是邁克爾遜干涉儀實物

圖。圖2是邁克爾遜干涉儀的光路

示意圖，圖中M１和M２是在相互

垂直的兩臂上放置的兩個平面反

射鏡，其中M１是固定的；M２由精

密絲桿控制，可沿臂軸前、后移動，移動的距離由刻度轉盤(由粗讀和

細讀2組刻度盤組合而成)讀出。

在兩臂軸線相交處，有一與兩軸成45°角的平行平面玻璃板G１，它的第二個平面上鍍有半透（半反

射）的銀膜，以便將入射光分成振

幅接近相等的反射光⑴和透射光

⑵，故G１又稱為分光板。G２也是平行平面玻璃板，與G１平行放置，厚度和折射率均與G１相同。由于它補償了光線⑴和⑵因穿越

G１次數不同而產生的光程差，故稱為補償板。

從擴展光源S射來的光在G１處分成兩部分，反射光⑴經G１

反射后向著M２前進，透射光⑵透過G１向著M１前進，這兩束光分別在M２、M１上反射后逆著各自的入射方向返回，最后都達到E處。因為這兩束光是相干光，因而在E處的觀察者就能夠看到干涉條紋。

由M１反射回來的光波在分光板G１的第二面上反射時，如同平面鏡反射一樣，使M１在M２附近形成M１的虛像M１′，因而光在邁克爾遜干涉儀中自M２和M１的反射相當于自M２和M１′的反射。由此可見，在邁克爾遜干涉儀中所產生的干涉與空氣薄膜所產生的干涉是等效的。

當M２和M１′平行時(此時M１和M２嚴格互相垂

直)，將觀察到環形的等傾干涉條紋。一般情況下，M１和M２形成一空氣劈尖，因此將觀察到近似平行的干涉條紋(等厚干涉條紋)。

2．單色光波長的測定

用波長為λ的單色光照明時，邁克爾遜干涉儀所產生的環形等傾干涉圓條紋的位置取決于相干光束間的光程差，而由M２和M１反射的兩列相干光波的光程差為

Δ＝2dcos i(1)

其中i為反射光⑴在平面鏡M２上的入射角。對于第k條紋，則有

2dcos iｋ＝kλ(2)

當M２和M１′的間距d逐漸增大時，對任一級干涉條紋，例如k級，必定是以減少cosiｋ的值來滿足式(2)的，故該干涉條紋間距向iｋ變大(cos iｋ值變小)的方向移動，即向外擴展。這時，觀察者將看到條紋好像從中心向外“涌出”，且每當間距d增加λ/2時，就有一個條紋涌出。反之，當間距由大逐漸變小時，最靠近中心的條紋將一個一個地“陷入”中心，且每陷入一個條紋，間距的改變亦為λ/2。

因此，當M2鏡移動時，若有N個條紋陷入中心，則表明M２

相對于M１移近了

?

?d?N?

2(3)

反之，若有N個條紋從中心涌出來時，則表明M２相對于M１

移遠了同樣的距離。

如果精確地測出M２移動的距離Δd，則可由式(3)計算出入射光波的波長：

??

3．測量鈉光的雙線波長差Δλ

鈉光2條強譜線的波長分別為λ１＝589.0 nm和λ２＝589.6 nm，移動M２，當光程差滿足兩列光波⑴和⑵的光程差恰為λ１的整數倍，而同時又為λ２的半整數倍，即

Δk１λ１＝(k２＋)λ２

這時λ１光波生成亮環的地方，恰好是λ２光波生成暗環的地方。如果兩列光波的強度相等，則在此處干涉條紋的視見度應為零(即條紋消失)。那么干涉場中相鄰的2次視見度為零時，光程差的變化應為

ΔL＝kλ１＝(k＋1)λ２(k為一較大整數)

由此得

λ

于是

Δλ=λ１－λ２＝＝

式中λ為λ１、λ２的平均波長。

對于視場中心來說，設M２鏡在相繼2次視見度為零時移動距離為Δd，則光程差的變化ΔL應等于2Δd，所以

１

2?dN

－λ

２

＝＝

???

?

2?d(4)

對鈉光＝589.3 nm，如果測出在相繼2次視見度最小時，M２

鏡移動的距離Δd ,就可以由式(4)求得鈉光D雙線的波長差。

【實驗內容與步驟】

1．觀察擴展光源的等傾干涉條紋并測波長 ①點燃鈉光燈，使之與分光板G１等高并且位于沿分光板和M１

鏡的中心線上，轉動粗調手輪，使M１鏡距分光板G１的中心與M１鏡距分光板G１的中心大致相等(拖板上的標志線在主尺3.2 cm 位置)。

②在發射光源時，用眼睛透過G１直視M２鏡，可看到2組十字叉絲像。細心調節M１鏡后面的 3 個調節螺釘，使 2 組十字叉絲像重合，如果難以重合，可略微調節一下M２鏡后的3個螺釘。當

2組十字叉絲像完全重合時，在毛玻璃上，將看到有明暗相間的干涉圓環，若干涉環模糊，可輕輕轉動粗調手輪，使M２鏡移動一下位置，干涉環就會出現。

③再仔細調節M１鏡的2個拉簧螺絲，直到把干涉環中心調到視場中央，并且使干涉環中心隨觀察者的眼睛左右、上下移動而移動，但干涉環不發生“涌出”或“陷入”現象，這時觀察到的干涉條紋才是嚴格的等傾干涉。

④測鈉光D雙線的平均波長。先調儀器零點，方法是：將微調手輪沿某一方向(如順時針方向)旋至零，同時注意觀察讀數窗刻度輪旋轉方向；保持刻度輪旋向不變，轉動粗調手輪，讓讀數窗口基準線對準某一刻度，使讀數窗中的刻度輪與微調手輪的刻度輪相互配合。

⑤始終沿原調零方向，細心轉動微調手輪，觀察并記錄每“涌出”或“陷入”50個干涉環時，M１鏡位置，實驗過程中要注意防震，連續記錄6次。

⑥用逐差法求出鈉光D雙線的平均波長，并與標準值進行比較

2．測定鈉光D雙線的波長差

①以鈉光為光源調出等傾干涉條紋，先觀察條紋隨著手輪轉動的變化情況，再開始實鈉光D雙線的波長差驗。

②移動M２鏡，粗動手輪和微動手輪配合轉動，使視場中心的視見度最小（條紋最不清晰），記錄M２鏡的位置；沿原方向繼續移動M２鏡，粗動手輪和微動手輪配合轉動，使視場中心的視見度由最小到最大直至又為最小，再記錄M２鏡位置，連續測出6個視見度最小時M２鏡位置。

③用逐差法求Δd的平均值，計算D雙線的波長差。

【數據表格】

1．觀察擴展光源的等傾干涉條紋并測波長

測量次數（I）2 3

di（10-5mm）Δdi=∣di-di-1∣(10-5mm)

平均值

Δd=

2．測定鈉光D雙線的波長差。

測量次數 M2位置x/mm

【數據處理】

（1）用逐差法求波長差而??589.3nm。

???????????????????????

??2?d通過公式?可以求得又因為標準差：E0??100%，N?

這樣就可以計算出它的標準差了。

（2）用逐差法求鈉光D雙線的波長差

通過公式???

??

?????????????????????2

2?d

求得??

【實驗結果】

??（）nm;???（）nm;E0?()

【思考題】

１．定域干涉與非定域干涉的區別？ ２．提出減少誤差的方法。

【心得體會】

第二篇：邁克爾遜干涉儀測波長實驗體會

邁克爾遜干涉儀測波長

結束了一學年的物理實驗，對于物理實驗我有了自己的認識，大學物理實驗是我們進入大學來第一個實驗類學科。它即在我們以后的專業課實驗學習指導中有著重要的地位，對于以后的就業工作也有著巨大的作用。物理實驗是一種鍛煉我們獨立處理問題和解決問題很好的方式。本學期，物理實驗已告一段落。在此，就本學期對物理實驗中-------“邁克爾遜干涉儀側波長”實驗中存在的感受在說說。

邁克爾遜干涉儀是近代物理學的一個重大發現,對整個物理世界具有重要的意義。

首先，實驗中它是用來測量波長的。總的來說，實驗中我學習到了邁克爾遜干涉儀的結構，工作原理。了解到干涉圖樣的形成和分類以及時間相干性等概念。學習掌握邁克爾遜干涉儀調節的方法及注意事項和邁克爾遜干涉儀側波長。

實驗中，采用分振幅法產生兩束相干光，從而實現干涉。具體的采用了等傾干涉的方法。點光源發出光線，在M1，M2'平行的情況下會有公式：光程差△L=2dcos?（光程差△L，M1，M2'間距為d，入射光與反射光夾角的一半為?）。這一公式可便于計算。為了實驗更為簡單易操作，實驗中我們需要產生等傾干涉的條紋，而通過自然光源產生的光是從不同方向上入射到M1，M2'上的，這樣就不能夠形成干涉條紋，如果靠近鏡面M2'處放置一點光源，則在此種情況下等傾干涉實際上就是非實域干涉中屏放到無限遠。因而，等傾干涉不一定要點光源。邁克爾遜干涉儀的結構是很精密的。如兩個全反鏡就要一模一樣；光學元件表面也要避免觸碰等這也就是為什么邁克爾遜干涉儀要好生維護。

在愛因斯坦的相對論中時間是具有相對性的，邁克爾遜干涉儀還是測量時間相對性原理的經典儀器。我知道|En-E1|=h*v=h*（c/?）。原子的躍遷是從高能態遷至低能態，發出的光波是具有限的波長即發出的不同波長的光線波長長度不是連續的，當波長小于光程差時就不能相遇，從而不能發生干涉現象。實驗中光源發出的光是不能絕對的單色的也存在其他波長的波長，實驗如果要精確一些，則要求光程差為△L =0。此時，干涉條紋的分布才與波長無關。由△L=2dcos?可知d發生變化時，條紋都會逐漸錯開。

實驗的觀察對于眼睛的要求較高。連續直視對眼睛會有傷害。所以實驗的觀察也是對自己耐心的考驗。試驗中要求目不轉睛的觀察條紋變化，同時避免實驗臺有振動，因為微小的的振動會對我們數圈造成影響，而且本身邁克爾遜干涉儀就是測量精密儀器的，對于微小的干擾還是比較敏感的。我們每50次記錄一次數據，雖然看似50次比較多。但實際上測得的d1，d2相差不大，若是轉動次數過少則測量的結果會不準確。如是在數據處理中△d相差很大則需要重新測量。

實驗過程中一定要調節好儀器，耐心，細致的觀察，避免產生空程差。空程差是廣泛存在于齒輪類機械類儀器中。它是由于螺紋和齒輪不能完全的咬合，當主輪反向轉動時，從動輪相對主輪存在移動滯后。對與一些精密的儀器，像邁克爾遜干涉儀這種。一點點誤差都是嚴重的。對于精密的儀器，我們需要學會保養。儀器在放置時應該放置在干燥，清潔的環境中，防止振動，儀器搬動時應該拖住底座。以防導軌變形。分束板，反射鏡等光學儀器表面不要用手觸碰。一般不允許擦拭，必要時可選用酒精，乙醚的混合液輕輕擦洗。使用時各個部位要用力適當，不要強扭等。經常用T5精密儀表油潤滑。導軌面，絲桿應該防治生銹，劃傷，銹蝕等。經過精密儀器油擦拭過的螺絲都有紅漆，不要擅自轉動。

邁克爾遜干涉儀運用十分廣泛。它是近代物理學測量事業的重大突破，也是對物理世界的巨大貢獻。邁克爾遜干涉儀主要用于微小長度的測量，是現代光學儀器組成之一，如傅里葉光譜儀等，對于學習光電信息工程專業的我有著不小的吸引力。邁克爾遜干涉儀曾今在歷史上做過許多著名的實驗。如著名的邁克爾遜——莫雷實驗，驗證了愛因斯坦相對論的真確性；鈉紅線的發現，真正的將長度單位標準化；干涉條紋的可見度隨光程差變化的實驗幫助推導出明暗條紋的分布公式等。

第三篇：邁克爾孫干涉儀測波長實驗總結報告 - 大學物理實驗

邁克爾孫干涉儀測波長實驗總結報告

經過一學年的大學物理實驗，我做過了很多實驗。其中有些實驗是我高中就有所了解并且一直都想做的，只是限于高中的學習條件及緊湊的學習時間，一直沒有機會。當然，也有相當一部分實驗是我連名字都沒有聽過的。所以說大學物理實驗課，不僅僅是圓了我的夢想，也讓我接觸到很多新鮮的實驗，了解到物理實驗的美妙，以及物理這門學科無限的魅力。大學物理實驗中收錄了五花八門的實驗，但是對待各種實驗我都有一樣端正態度。做好實驗前的預習工作，實驗課上認真聽取老師的講解，試驗中所有試驗我都親力親為，自己動手。所以至今幾乎所有的實驗我都熟記于胸。當然，所有的實驗中給我映像最深的還是邁克爾孫干涉儀側波長實驗。此實驗，我在高中就有所耳聞，直到前一段時間才有機會做這個實驗，實驗中感慨頗多。

本實驗的實驗目的：了解邁克爾孫干涉儀的結構、工作原理和實際應用；了解干涉圖樣的形成和分類以及時間相干性等概念；掌握邁克爾孫干涉儀的調節方法及注意事項；用邁克爾孫干涉儀測量半導體激光的波長。

實驗原理及實驗中的注意事項：邁克爾孫干涉儀是利用分割振幅法產生干涉光，實現干涉現象的一種典型的干涉儀，它是很多近代干涉儀額原型。

來自擴展光源的光線經透射鏡射向G1，一部分經經G1的薄銀層反射后向M2傳播，后經M2反射后再穿過G1向E處傳播，另一部分則透過G1和G2向M1傳播，經M1反射后再穿過G2經過G1的薄銀層反射后也向E處傳播。

實驗時，最重要的就是調節干涉條紋。為什么說它是最重要的一部呢？因為只有清晰地干涉條紋才不會影響實驗過程中的讀數。兩束光之間的光程差要小于光源的相干長度才能干涉。而且兩束光的夾角越小，干涉條紋越寬，眼鏡才能分辨。另外在調節M1，M2后面的螺絲的時候必須輕緩，嚴禁將螺絲擰過頭，否則將會破會儀器。這些種種的實驗注意事項，不僅僅在實驗中給我們提示。也使我意識到在以后的工作中必須時時警記各種機械的注意事項，確保人身及儀器安全。

試驗過后，針對書后的課后反思我也有積極思考，并且通過查閱資料對一下幾個問題做出如下回答：

①邁克爾孫干涉儀是怎樣獲得兩束相干光的？

答：邁克爾遜干涉儀光路圖所示，點光源S發出的光射在分光鏡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。反射光和透射光分別垂直入射到全反射鏡M1和M2，它們經反射后再回到G1的半透半反射膜處，再分別經過透射和反射后，來到觀察區域E。如到達E處的兩束光滿足相干條件，可發生干涉現象。

②移動M1（反射鏡）時，如果干涉條紋是朝中心陷進去的，兩束光的光程差是增大還是減少？

答：根據等傾干涉干涉級次公式2nhcosa+λ/2=(m1+ε)可知，當入射角α最大為90度時，cosα=0干涉級次最低，cosα=0時，cosα=1，干涉級次最大，所以說中心的干涉級次最大，如果中心陷進去一個干涉級，說明陷進去后的干涉級次小了，二中心的入射角不變，所以為了使干涉級次能夠減小，h必須減小，也就是光程差：2nhcosa+λ/2變小了。

綜上，陷阱去的，光程差減小。

③如果用白熾燈作光源，如何調處干涉條紋？

答：將與光源對著的那個反射鏡傾斜一個微小的角度，然后調節螺旋。原理就是傾斜的那個鏡子的虛像和另外一個反射鏡不是平行關系，而是有一定的角度，所以可以等厚干涉，從而可以看到干涉條紋。

19世紀的實驗對于我們今天的人來講，依然有無限的吸引力，關鍵在于實驗本身的經典。但是無論多么經典的實驗只能代表過去物理科學的發展，以及前人智慧的強大。對于我們新一代的青少年來講，物理科學在迅猛發展，我們應該積極投身其中，去發現以及改變我們的未知世界。物理將最原本的事物的本質通過實驗反應出來，人類又試圖通過實驗去發現物質的本源。可以這么說，實驗是物理發展的階梯！

機械（2）班

孫慶熘

100104237

第四篇：物理實驗報告《用分光計和透射光柵測光波波長》

【實驗目的】

觀察光柵的衍射光譜，掌握用分光計和透射光柵測光波波長的方法。

【實驗儀器】

分光計，透射光柵，鈉光燈，白熾燈。

【實驗原理】

光柵是一種非常好的分光元件，它可以把不同波長的光分開并形成明亮細窄的譜線。

光柵分透射光柵和反射光柵兩類，本實驗采用透射光柵，它是在一塊透明的屏板上刻上大量相互平行等寬而又等間距刻痕的元件，刻痕處不透光，未刻處透光，于是在屏板上就形成了大量等寬而又等間距的狹縫?？毯酆酮M縫的寬度之和稱為光柵常數，用d

表示。

由光柵衍射的理論可知，當一束平行光垂直地投射到光柵平面上時，透過每一狹縫的光都會發生單縫衍射，同時透過所有狹縫的光又會彼此產生干涉，光柵衍射光譜的強度由單縫衍射和縫間干涉兩因素共同決定。用會聚透鏡可將光柵的衍射光譜會聚于透鏡的焦平面上。凡衍射角滿足以下條件

實驗中若測出第k級明紋的衍射角θ，光柵常數d已知，就可用光柵方程計算出待測光波波長λ。

【實驗內容與步驟】

1．分光計的調整

分光計的調整方法見實驗1。

2．用光柵衍射測光的波長

物理實驗報告

·化學實驗報告

·生物實驗報告

·實驗報告格式

·實驗報告模板

圖12

光柵支架的位置

圖13

分劃板

（3）測鈉黃光的波長

①

轉動望遠鏡，找到零級像并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ0和θ0/，并記入表4

中。

②

右轉望遠鏡，找到一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ右和θ右/，并記入表4中。

③

左轉望遠鏡，找到另一側的一級像，并使之與分劃板上的中心垂線重合，讀出刻度盤上對徑方向上的兩個角度θ左和θ左/，并記入表4中。

3．觀察光柵的衍射光譜。

將光源換成復合光光源（白熾燈）通過望遠鏡觀察光柵的衍射光譜。

【注意事項】

1．分光計的調節十分費時，調節好后，實驗時不要隨意變動，以免重新調節而影響實驗的進行。

2．實驗用的光柵是由明膠制成的復制光柵，衍射光柵玻璃片上的明膠部位，不得用手觸摸或紙擦，以免損壞其表面刻痕。

3．轉動望遠鏡前，要松開固定它的螺絲；轉動望遠鏡時，手應持著其支架轉動，不能用手持著望遠鏡轉動。

【數據記錄及處理】

表4

一級譜線的衍射角

零級像位置

左傳一級像

位置

偏轉角

右轉一級像

位置

偏轉角

偏轉角平均值

光柵常數

鈉光的波長λ0

=

589·3

nm

根據式（10）

k=1，λ=

d

sin

1=

相對誤差

【思考題】

1．什么是最小偏向角？如何找到最小偏向角？

2．分光計的主要部件有哪四個？分別起什么作用？

3．調節望遠鏡光軸垂直于分光計中心軸時很重要的一項工作是什么？如何才能確保在望遠鏡中能看到由雙面反射鏡反射回來的綠十字叉絲像？

4．為什么利用光柵測光波波長時要使平行光管和望遠鏡的光軸與光柵平面垂直？

5．用復合光源做實驗時觀察到了什么現象，怎樣解釋這個現象？

第五篇：大學物理實驗邁克爾遜干涉儀的調整和使用教案

學號：姓名：班級： 邁克爾遜干涉儀教案 實驗題目

邁克爾遜干涉儀理論部分

實驗性質

基礎物理實驗

實驗學時

1學時

教師

黃星

教學目的

1、了解邁克爾遜干涉儀的結構

2、掌握邁克爾遜干涉儀的實驗原理（等傾干涉）

重點

1、等傾干涉的發生條件

A、平行光？不，點光源。B、薄膜上下表面平行

2、薄膜厚度的變化與條紋的關系：

難點

十字形光路與補償鏡：從薄膜干涉的理論，到邁克爾遜干涉儀的具體化過程

備注

課 堂 教 學 過 程 的 設 計

一、引言

邁克爾遜干涉儀的背景介紹(*引起好奇心，讓人們覺得它有一定的用處，不是憑空冒出來的。知識構建學說：新知識必須掛靠在已有的知識結構上才牢靠（技能樹/科技樹）)

二、原理（*盡可能簡潔，準確。沒有人喜歡復雜。多問問自己，這個問題能不能簡化，它引入這些復雜的東西的目的是什么？要解決什么問題？一定要這么做嗎？然后你會發現，有的時候不得不這樣做，這已經是最簡單的理解方法了。）（1）等傾干涉

A.等傾干涉的產生條件（*前提，任何事情發生都有條件）兩表面平行，垂直入射（重點），以一定角度入射（了解下即可），點光源。（*讓同學們明白為什么形成同心圓：相同傾角，反射光的光程差就相同，同一角度上要么都加強，要么都減弱）

B.等傾干涉的特點

薄膜厚度改變與條紋冒出數量的正比關系(*基本原理，重點)

C.利用等傾干涉，我們能干什么？（*講完理論，馬上看看這個公式怎么用，什么含義，舉幾個簡單的例子，幫助理解和加深印象）（2）從理論模型到實驗的具體化

A.薄膜干涉條紋的觀察中遇到的困難，回答同學們的疑問，為什么是十字形的光路？為什么引入45度角的半反射鏡？（重點、難點）

B.為什么要在與光源平行的分光路上加一面厚玻璃？（補償光程差）

C.動態演示

三、知識點的拓展(*拓展知識面，了解這個知識的用途，從而發散思維，為后面新知識的生長創造條件。那么對于邁克爾遜干涉儀，是在大一下學期進行的，此時可能正準備學習狹義相對論的初步，那么可以往這邊拓展一下,并不需要掌握，而是預熱)A.邁克爾遜干涉儀的發明與作用，牛頓力學體系（伽利略變換）的問題。（狹義相對論，光速不變性，洛倫茲變換，了解即可）

B.LIGO計劃與LISA計劃（*引力波，廣義相對論,了解）

引言不得太長，通常情況下點到即止。3分鐘左右。然后就切入重點。對于這節課所學的重點內容，最好在課堂的前半節課上完。集中力最好的時間是上課后7-15分鐘

課 后 思 考 題

1．邁克爾遜干涉儀觀察到的圓條紋與牛頓環產生的圓條紋有什么不同？（邁克爾遜干涉儀:等傾干涉，采用點光源，光程差由θ決定。牛頓環：等厚干涉，采用平行光，光程差由薄膜厚度決定）

參 考 文 獻

1、《大學物理實驗》，陳玉林 2.教育心理學 3.教育學

物理教學實踐作業：

從大學物理實驗內容中，任選一個感興趣的內容，設計教案。要求內容詳盡，（如劇本），插入自己的注解，不得雷同。A4紙打印，5號字，單倍行距，至少兩頁（原理圖、公式）。交作業時間： 6月29日下午統一交給班長。

幾個網站：維基百科中國知網 Web of Science 果殼網知乎科學網 專業論壇：小木蟲（理工科研究生聚集地）推薦雜志：科學美國人

物理系推薦叢書：第一推動叢書