2021-2022学年高二物理竞赛课件：牛顿环和迈克耳孙干涉仪.pptx

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1、牛牛顿环和和迈克耳孙干涉仪12 牛顿环实验装置牛顿环实验装置牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SLM 半透半透半反镜半反镜T3牛顿环半径牛顿环半径r与与e和透镜曲率和透镜曲率半径半径R的关系为的关系为 R2=r2+(R e)2 r2 +e2=2R e 或或略去二级小量略去二级小量 e2得得代入暗纹公式，得代入暗纹公式，得暗环半径暗环半径应用：测定透镜曲率半径、测定光波波长等。应用：测定透镜曲率半径、测定光波波长等。牛顿环中心为暗纹。牛顿环中心为暗纹。4G1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晶。全相同的光学平晶。G1一侧镀有半透半反的

2、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。迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪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在在G1镀银层上镀银层上M1的虚象的虚象M151.1.迈克耳孙干涉仪光路及结构迈克耳孙干涉仪光路及结构单单色色光光源源反反射射镜镜反射镜反射镜与与 成成 角角补偿板补偿板 分光板分光板 移动导轨移动导轨6反射镜反射镜反反射射镜镜单单色色光光源源光程差光程差 的像的像7当当 不垂直于不垂直于 时，可形成劈尖时，可形成劈尖型等厚干涉条纹型等厚干涉条纹.反反射射镜镜反射镜反射镜单单色色光光源源8干涉干涉条纹条纹移动

3、移动数目数目2.迈克耳孙干涉仪的主要特性迈克耳孙干涉仪的主要特性 (1)两相干光束完全分开；两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可调两光束的光程差可调.移移动动距距离离移动反射镜移动反射镜9 干涉条纹的移动干涉条纹的移动 当当 与与 之之间距离变大时间距离变大时，圆形，圆形干涉条纹从中心一个干涉条纹从中心一个个长出个长出,并向外扩张并向外扩张,干涉条纹变密干涉条纹变密；距离距离变小时，圆形干涉条变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀干涉条纹变稀.10迈克耳孙干涉仪的干涉条纹迈克耳孙干涉仪的干涉条纹一束光在一束光在A处分振幅形成的两束光处分振幅形成的两束光的的光

4、程差，就相当于光程差，就相当于由由M1和和M2形成的形成的空气膜上下两个面反射光的光程差空气膜上下两个面反射光的光程差。11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就有就有可能得到可能得到 d=0，d=常数常数，d 常数常数（如劈尖）对（如劈尖）对应的应的薄膜等倾薄膜等倾或或等厚干涉等厚干涉条纹。条纹。当当M1/M2 时，它们之间的空气膜厚度一样，形成圆形等倾时，它们之间的空气膜厚度一样，形成圆形等倾条纹。当条纹。当 d 较大时，观察到等倾圆条纹较细密，整个视场较大时，观察到等倾圆条纹较细密，整个视场中条纹较多。中条纹较多。当当d 每减少每减少/2 时，中央条纹

5、对应的时，中央条纹对应的 k 值就要减少值就要减少1，原来，原来位于中央的条纹消失，将看到位于中央的条纹消失，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 M1 与与M2 不平行时，将看到平行于不平行时，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，条纹移动的数目中某一固定直线，条纹移动的数目n 与与M1 镜平移的距离关镜平移的距离关系为：系为：12 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0.31

6、6 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，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。13

7、 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级暗环的半径为级暗环的半径为4.00 mm，第，第k+5级暗环的半径为级暗环的半径为6.00 mm。求求平凸透镜的曲率半径平凸透镜的曲率半径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 14 例例3:为了利用光的干涉作用减少玻璃表面对入射光的反射，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=1.50ab