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 .pptx

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1、迈克耳孙干涉仪的结构及原理 12G1和和G2是两块材料相同是两块材料相同厚薄均匀、几何形状完厚薄均匀、几何形状完全相同的光学平面镜。全相同的光学平面镜。G1一侧镀有半透半反的薄一侧镀有半透半反的薄银层。与水平方向成银层。与水平方向成45o角角放置；放置；G2称为补偿板。称为补偿板。干涉条纹：干涉条纹：迈克耳孙干涉仪的结构及原理迈克耳孙干涉仪的结构及原理 一束光在一束光在P处分振幅形成的两束光处分振幅形成的两束光的光程差，就相当于的光程差，就相当于由由M1和和M2形成的空气膜上下两个面反射光的光程差形成的空气膜上下两个面反射光的光程差在在G1镀银层上镀银层上M1的虚象的虚象M1M1和和M2是平面

2、镜是平面镜 它们干涉的结果是薄膜干涉条纹。调节它们干涉的结果是薄膜干涉条纹。调节M1就有可能得就有可能得到到薄膜薄膜的的等倾等倾或或等厚干涉等厚干涉条纹。条纹。341.观察非定域干观察非定域干涉条纹，涉条纹，测量测量波长、空气折波长、空气折射率射率2.观察等倾干涉观察等倾干涉条纹，测量谱条纹，测量谱线半高宽线半高宽3.观察等厚干涉观察等厚干涉条纹，测量波条纹，测量波片厚度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

3、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当当M1/M2时时，它们之间的空气膜厚度相同，形成圆形等倾，它们之间的空气膜厚度相同，形成圆形等倾条纹。当条纹。当 d 较大时，等倾圆条纹较细密，视场中条纹较多。较大时，等倾圆条纹较细密，视场中条纹较多。当当 d 较小时，等倾圆条纹较粗，视场中条纹数较少。较小时，等倾圆条纹较粗，视场中条纹数较少。7当当d 每减少每减少

4、/2 时时,中央条纹对应的中央条纹对应的 k 值就要减少值就要减少1，原来位，原来位于中央的条纹消失，将看到于中央的条纹消失，将看到同心等倾圆条纹向中心缩陷同心等倾圆条纹向中心缩陷。当当d 每增大每增大/2 时时,中央条纹对应的中央条纹对应的k 值就要增加值就要增加1，将看到，将看到同心等倾圆条纹从中心冒出同心等倾圆条纹从中心冒出8当当 M1与与M2不平行时不平行时，将看到平行于，将看到平行于M1 和和 M2 交线的等间交线的等间距的直线形等厚干涉条纹。距的直线形等厚干涉条纹。当当M1 每平移每平移/2 时，将看到一个明（或暗）条纹移过视场时，将看到一个明（或暗）条纹移过视场中某一固定直线，条

5、纹移动的数目中某一固定直线，条纹移动的数目m 与与M1 镜平移的距离关镜平移的距离关系为：系为：9直条纹直条纹 弧状条纹弧状条纹 椭圆条纹椭圆条纹 圆条纹圆条纹 S1 S2 10 例例1:在水面上飘浮着一层厚度为在水面上飘浮着一层厚度为0.316 m的油膜，其折射率为的油膜，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？。中午的阳光垂直照射在油膜上，问油膜呈现什么颜色？空气空气油膜油膜水水12解解:由图知光由图知光1和光和光2的光程差为的光程差为油膜颜色是干涉加强光波颜色满足油膜颜色是干涉加强光波颜色满足或或当当k=1时，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 当当k=2时

6、，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 =0.590 m 当当k=3时，干涉加强的波长为时，干涉加强的波长为 =0.354 m 只有只有 =0.590 m的光的光处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。处于可见光范围，是黄光，所以油膜呈黄色。11例例2:用波长为用波长为0.400 m的紫光进行牛顿环实验，观察到第的紫光进行牛顿环实验，观察到第k级暗级暗环的半径为环的半径为4.00 mm，第，第k+5级暗环的半径为级暗环的半径为6.00 mm。求平凸求平凸透镜的曲率半径透镜的曲率半径R和和k的数值。的数值。解解:由公式由公式 得得联立解得联立解得 所以所以 12 例例3:为了利用光的干涉作用减少

7、玻璃表面对入射光的反射，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，常在仪器镜头以增大透射光的强度，常在仪器镜头(折射率为折射率为1.50)表面涂敷表面涂敷一层透明介质膜一层透明介质膜(多用多用MgF2，折射率为，折射率为1.38),称为增透膜。若称为增透膜。若使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光使镜头对人眼和照相机底片最敏感的黄绿光(=550 nm)反射反射最小，试求介质膜的最小厚度。最小，试求介质膜的最小厚度。解解:因上、下表面反射光都有半波损失因上、下表面反射光都有半波损失所以有所以有=2 e n2 由由干涉相消干涉相消条件得条件得所以所以按题意求氟化镁薄膜厚度的最小值，故应取按题意求氟化镁薄膜厚度的最小值，故应取k=0 故故空气空气n1=1.00MgF2 n2=1.38玻璃玻璃n3=1.50ab13