广义相对论和量子力学是二十世纪初诞生的两个伟大基础物理理论,两者在各自适用的范围内对客观物理世界的描述都取得了巨大的成功。广义相对论描述引力相互作用,它是一种经典理论,并没有实现量子化。试图将引力量子化的理论模型如标准模型扩展、伸缩子模型、弦理论、圈量子引力等都需要等效原理破缺。作为广义相对论的一个基本假设,等效原理是否破缺依赖于高精度的实验检验。传统的等效原理检验实验已经达到1310-的检验精度,一些空间和地面的实验仍在致力于将检验精度进一步提高。而另一方面,寻找等效原理破缺的新机制并进行实验检验也是等效原理检验的一个重要发展方向,特别是近年来,随着原子干涉仪的发展,使得采用微观粒子在更高精度内检验等效原理成为可能。本论文围绕微观原子的自旋是否会与重力以及时空挠率相耦合从而导致等效原理破缺的实验检验展开,主要的研究内容和成果为:（1）完成了利用冷原子干涉仪检验自旋取向相关等效原理的新型实验。通过比较自旋取向相反的原子在引力场中下落加速度的差别,在微观领域检验由可能的自旋-重力耦合和自旋-挠率耦合导致的等效原理破缺。（2）在10^-7的水平上检验了微观原子自旋取向相关的等效原理。由于自旋取向极化的冷原子（m_F=±1）干涉对磁场梯度很敏感,实验上采取背景磁场屏蔽、局部磁场梯度补偿、设置准对称干涉时序三个措施抑制了磁场梯度的效应,将干涉脉冲间隔T由2ms提高到了25ms,而干涉条纹的相位拟合不确定度只有30 mrad。在提高测量灵敏度的基础之上,提出通过改变Raman光波矢方向和调制p脉冲时刻相结合的双差分测量方法,解决了磁场梯度残余效应修正难题。自旋取向相关等效原理的实验检验结果为η_s（0.2±1.2）×10^-7,依据此结果首次对可能存在的时空挠率梯度给出了5.4×10^-6m^-2的上限。（3）受原子干涉等效原理检验的启示,提出了冷分子喷泉法检验等效原理的新方案。利用六级杆选态的方式进行转动取向极化,通过行波磁减速器将分子束减速,选择分子束的冷核形成分子喷泉。在对各部分进行参数设计的基础之上,对分子整个过程的运动轨道进行了三维Monte Carlo数值模拟,通过模拟结果估算,此方案可以在10^-7的精度上对分子转动取向相关的等效原理进行检验。