（五）【虚拟仿真】基于光学平台的迈克尔孙干涉仪实验

实验目的：

利用迈克耳孙干涉仪测量激光束的波长

实验原理：

迈克耳逊干涉仪的原理是一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定（即满足干涉条件），所以能够发生干涉。

如图，从光源S发出的光在G1后表面上被分为两束，反射光1向着M1前进，透射2透过P1向着M2前进，二者分别被M1、M2反射后逆着各自的入射方向返回，最后都到达E处相遇，在此发生干涉。

若M2平移Δd时，干涉条纹移动过N条，则有：

Δδ=2Δd=Nλ ——> Δd=N·λ/2

由此可以测量微小位移Δd或波长。

条纹的移动也可由其他原因引起，如介质膜的插入或移去，此时引起的条纹移动数目：

N=2（n-1）d /λ

由此可测定介质膜的厚度d或折射率。

实验使用仪器：

迈克耳孙干涉虚拟实验平台，虚拟实验五类光学元器件(反射镜、激光器、分束板、光屏、扩束镜)

实验过程：

1.选择实验仪器。包括两个反射镜、一个激光器、两个分束板、一个光屏、一个扩束镜；

2.放置实验仪器。点击实验仪器，将激光器、扩束镜、分束板1、分束板2、反射镜2依次放置在同一条直线上；反射镜1放置在与反射镜2垂直方位；光屏与反射镜1平行放置在主线右侧；

3.调整实验仪器。点击鼠标右键及Tab键选中反射镜1，按Q、E键调整反光镜角度为0°，使光屏上呈现为同心圆环的等倾干涉图像；同理选中光屏，按G、H键调整观测图像到合适大小；

4.进行微调记录。选中反射镜1，按A、W键平移反光镜1，调整中心为亮纹记录此时位置；持续微调，“亮-暗-亮”为移动一个条纹，记录相应实验数据。

实验数据记录及处理：

结果分析：

由实验数据分析可得λ=(631.9±0.0000004)nm查阅资料知实验所用He-Ne激光器波长λ=632.8nm，测量值与标准值的相对误差为0.142%，误差很小，可见迈克尔逊干涉仪是相当精密的仪器。

误差分析：①实验中人眼对每五十条条纹的亮、暗纹判断存在误差②连续微调手动按暂停时人反应时间带来的误差

思考题：

简述迈克耳孙干涉仪的原理、特点及其重要科学价值。

原理：一束入射光经过分光镜分为两束后各自被对应的平面镜反射回来，因为这两束光频率相同、振动方向相同且相位差恒定（即满足干涉条件），所以能发生干涉。

特点：两路干涉臂相互独立，因此可以通过改变其中一个干涉臂的光程，从而实现对相关物理量的精确测量。

科学价值：①迈克耳孙干涉仪完成了著名的迈克耳孙——莫雷实验，这是一个重大的否定性实验，这次实验的结果否定了以太学说，动摇了经典物理学的基础，为爱因斯坦狭义相对论的建立铺平道路；②迈克尔逊用特制的干涉仪，以法国的米原器为标准，在温度15℃，压力760毫米汞柱的条件下，测定了镉红线的波长，是人类首次获得了一种永远不变，且毁坏不了的非实物长度基准；③迈克尔逊干涉仪是许多高灵敏度光纤传感器的重要物理基础，也是制成各种专用干涉仪器的重要基础，广泛应用于生产和科研各领城。

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