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1、迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉1 基础物理实验研究性报告光的干涉实验（分波振面法）迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉2 目录摘要 .2一、 实验原理 .21. 迈克尔逊干涉 .21) 迈克尔逊干涉仪的光路 .22) 单色点光源的非定域干涉条纹 .32. 牛顿环干涉 .53. 劈尖干涉 .6二、 实验内容 .71. 迈克尔逊干涉 .71) 迈克尔逊干涉仪的调整 .72) 点光源非定域干涉条纹的观察与测量 .83) 数据处理 .82. 实验 2 牛顿环干涉 .101) 干涉条纹的调整 .102) 牛顿环直径的测量 .103) 数据处理 .103. 实验 3 劈
2、尖干涉 .111) 观察劈尖干涉条纹并测量条纹间距 .112) 数据处理 .11三、 误差分析及实验改进 .131. 迈克尔逊干涉实验 .131) 误差分析 .132) 实验改进方案 .142. 牛顿环干涉实验 .143. 劈尖干涉实验 .151) 误差分析 .152) 改进方案 .15四、 实验感想 .16五、 对本学期基础物理学实验的体会和建议 .16迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉3 摘要本文以“迈克尔逊干涉、牛顿环干涉、劈尖干涉” 主要内容，先后介绍了实验重点、实验原理、实验仪器、数据处理及其不确定度的计算的内容，并对实验结果做出定量分析，最后还对实验仪器做出改进措施的建议和对本实验
3、的感想。关键词：实验内容、定量分析、建议、感想一、 实验原理1. 迈克尔逊干涉1) 迈克尔逊干涉仪的光路迈克尔逊干涉仪的光路图如 图 1 所示，从光源 S 发出的一束光射在分束板 G1上，将光束分为两部分：一部分从 G1的半反射膜处反射，射向平面镜 M2；另一部分从 G1透射，射向平面镜 M1。因 G1和全反射平面镜 M1、M 2均成 45角，所以两束光均垂直射到 M1、M 2上。从 M2反射回来的光，透过半反射膜；从 M1反射回来的光，为半反射膜反射。二者汇集成一束光，在 E 处即可观察到干涉条纹。光路中另一平行平板 G2与 G1平行，其材料及厚度与 G1完全相同，以补偿两束光的光程差，称为
4、补偿板。反射镜 M1是固定的，M 2可以在精密导轨上前后移动，以改变两束光之间的光程差。M 1、M 2的背面各有 2 个螺钉用来调节平面镜的防伪。M 1的下方还有 2个方向相互垂直的拉簧，以便精确地调节 M1。图 1迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉4 在 图 1 中，M 1是 M1被 G1半反射膜反射所形成的的虚像。对观察者而言，两相干光束等价于从 M11和 M2反射而来，迈克尔逊干涉仪所产生的干涉花纹就如同 M1和 M2之间的空气膜所产生的干涉花纹一样。若 M1和 M2平行，则可视作折射率相同、厚度相同的薄膜。2) 单色点光源的非定域干涉条纹如 图 2 所示，M 2平行 M1且相距为 d，
5、S 发出的光对 M2来说，如 S 发出的光，而对于 E 处的观察者来说，S 如位于 S2 一样。又由于半反射膜 G 的作用，M 1如同处于 S1 的位置，所以 E 处观察到的干涉条纹，犹如 S1、S 2发出的球面波，它们在空间处处相干，把观察屏放在 E 空间不同位置，都可以看到干涉花纹，因此这一干涉为非定域干涉。图 2如果把观察屏放在垂直于 S1、S 2的位置上，则可以看到一组同心圆，而圆心就是 S1,、S 2的连线与屏的交点 E。设 E 处（ES 2=L）的观察屏上，离中心 E点远处某一点 P，EP 的距离为 R，则两束光的光程差为 22)(RLdLLd 时，展开上式并略去 d/L，则有 c
6、os2/22d式中 是圆形干涉条纹的倾角。所以亮纹条件为迈克尔逊干涉、牛顿环干涉和劈尖干涉5 2dcos=k (k=0,1,2,) （1.2.1）由此式可知，点光源非定域圆形干涉条纹有如下几个特点：当 d、 一定时， 角相同的所有光线的光程差相同，所以干涉情况也完全相同；形成以光轴为圆心的同心圆环。当 d、 一定时，如 =0，干涉圆环就在同心圆环中心处，其光程差L=2d 为最大值，根据明纹条件，其 k 也为最高级数。如 0， 越大，则cos 越小，k 值越小，即对应的干涉圆环越往外，其级次 k 也越低。当 k、 一定时，如果 d 逐渐减小，则 cos 将增大，即 角逐渐减小。也就是说，同一 k 级条纹，当 d 减小时，该圆环半径减小，看到的现象是干涉圆环内缩（吞）；如果 d 逐渐增大，同理看到的现象是干涉条纹外扩（吐）。对于中央条纹，若内缩或外扩 N 次，
