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20实验二十洛埃镜干涉

20实验二十洛埃镜干涉20实验二十洛埃镜干涉实验二十洛埃镜干涉 Experiment 20 Lloyd’s mirror Interference 洛埃镜实验是历史上用来证实光存在干涉现象，从而明确光具有波动性的著名实验之一。该实验原理简单，既可观测干涉条纹，又可验证半波损失，是大学物理光学实验中一个理想的实验内容。实验目的experimental purpose 观察洛埃镜干涉现象及测量光波波长实验原理experimental principle 洛埃提出一种更简单的获得干涉现象的装置。普通平面镜MN构成的反射...

20实验二十洛埃镜干涉实验二十洛埃镜干涉 Experiment 20 Lloyd’s mirror Interference 洛埃镜实验是历史上用来证实光存在干涉现象，从而明确光具有波动性的著名实验之一。该实验原理简单，既可观测干涉条纹，又可验证半波损失，是大学物理光学实验中一个理想的实验内容。实验目的experimental purpose 观察洛埃镜干涉现象及测量光波波长实验原理experimental principle 洛埃提出一种更简单的获得干涉现象的装置。普通平面镜MN构成的反射镜，缝光源与反射镜面平行。来自缝光源的光向反射镜掠入射(入射角接近90度)，再从反射镜反射射向屏幕AA。狭缝光源S发出的一部分光波直接射向屏幕DD。另一部分反射光与直接从S射来的光是从同波前分出的，所以是相干的，因此在两部分光的重叠区域产生明暗相间的干涉条纹。 ''SS从观察者看来，两束相干光分别来自S和，是光源S在反射镜中的虚像。洛埃镜实验不仅显现出光的干涉现象，更重要的是它还揭示了光在介质表面反射时的位相变化。图1 洛埃镜 r1 从图1中看出，两相干光波在幕上的重叠区是在P和P′之间。将屏幕向平 r2面镜方向移动，使之与镜右端N点紧密接触(A′A′的位置)。从几何路程上看，光源S直射到N点的光程与S′射到N点的光程相等，预料N点应为亮点，但实际上N点却是暗点(干涉极小)，这说明两相干光在N处的光振动具有相反的相位，这是因为光在掠入射条件下，在镜面上反射时要产生数值为π的相位突变abrupt phase change，这种相位突变相当于光波少走或多走了半个波长的光程，故称为半波损失half-wave-lost。这样，使得幕上本来是亮条纹的地方变成了暗条 - 216 - 纹。 (2)半波损失产生的原因:(电磁理论)当光从光速较大(折射率较小)的介质射向光速较小(折射率较大)的介质时，反射光的相位较之入射光的相位发生了π跃变，这就相当于反射光与入射光之间有了λ/2的光程差。有时把这种因为相位跃变π而产生的λ/2，叫做“半波损失”。电磁理论可以解释半波损失。因为光是电磁波，它在两种介质的分界面上反射、折射时，要服从电磁场的边界条件。物理学上由此得出了一组菲涅耳公式，根据 00这组公式，入射波在正入射(i=0)或掠入射(i=90)时，反射光可能有半波损失。 (3)明暗条纹的位置 ,k 明条纹,,,r,r，(k,0,1,2？),,212(2k，1) 暗条纹,2, (4)相邻明纹中心或相邻暗纹中心的距离称为条纹间距 ,x,D,/d ,,,xdD/可算出它的波长λ:， (5)说明: 1)产生半波损失的条件:两种媒质的折射率不同，且满足n n> n 无 123 n< n> n 有 123 n> n< n 有 123 实验仪器experimental device 1、钠光灯(可加圆孔光栏) 2、凸透镜L: f=50mm 3、二维调整架: SZ-07 4、单面可调狭缝: SZ-22 5、洛埃镜: SZ-29 - 217 - 6、测微目镜Le(去掉其物镜头的读数显微镜) 7、读数显微镜架 : SZ-38 8、三维底座: SZ-01 9、二维底座: SZ-02 10、一维底座: SZ-03 11、一维底座: SZ-03 12、凸透镜: f=150mm 13、二维调整架: SZ-07 14、通用底座: SZ-01 仪器实物图及原理图experimental instrument and principle diagram 图3 实验步骤experimental step 把全部仪器按照图3的顺序在平台上摆放好(图上数值均为参考数值)。靠拢后调至共轴。 1、钠光灯(可加圆孔光栏)经透镜聚焦于狭缝上，将大致处于铅直方位的 - 218 - 洛埃镜由狭缝一侧逐渐推向狭缝(如图中箭头所示)，使入射光处于掠入射状态，同时用眼在掠反射方向上看去，将看到实缝S与它对洛埃镜的 ‘虚像S。随着洛埃镜的前推，S与S′将逐渐靠拢，旋转时看到的S与 S′平行，估计二者间距约在2mm左右的情况下，将洛埃镜的磁座固定住。 2、目视或用激光器，找到被洛埃镜所反射的光路，把测微目镜放在该光路上观察洛埃镜干涉图样，可以发现是等间距的明暗相间的干涉条纹。 3、微测目镜测出干涉条纹的间距x，和D，D为狭缝到测微目镜的距离，, D,再用二次成像法测出两个虚光源的间距d由,x=x-x=便可求出k+1kd ,光波的波长，并与钠灯的波长实际值比较，分析误差原因。六、数据处理Data processing 利用同双棱镜相同的二次成像法测出虚光源的实像间距d及d，算出d值。 12 ddd,12 ,,,xdD/代入公式即可求出波长λ。思考题Exercises 1、洛埃镜实验说明了什么, 2、洛埃镜明、暗条纹的条件? 3、干涉条纹的特点(形状、间距、级次位置分布), 关键词 Key words 洛埃镜Lloyd’s mirror，光疏介质 optically thinner medium，光密介质optically denser medium，半波损失half-wavelength lost，相位突变 abrupt phase change - 219 -

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