大學物理115邁克耳孫干涉儀ppt課件

1、11-1 相關(guān)光相關(guān)光11-2 楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉 勞埃德鏡勞埃德鏡11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉11-4 劈尖劈尖 牛頓環(huán)牛頓環(huán)11-5 邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀第十一章第十一章 光學光學 - - 光的干涉光的干涉邁邁克克耳耳孫孫 邁克耳孫邁克耳孫 (Albert Abraban (Albert Abraban Michelson,18521931) Michelson,18521931) 美國物理學家美國物理學家1852 1852 年年1212月月1919日出生于普魯士斯特雷諾現(xiàn)屬日出生于普魯士斯特雷諾現(xiàn)屬波蘭，后隨父母移居美國，波蘭，后隨父母移居美國，18771877年畢

2、業(yè)于美國海軍學院，曾任芝加哥年畢業(yè)于美國海軍學院，曾任芝加哥大學教授，美國科學促進協(xié)會主席大學教授，美國科學促進協(xié)會主席, ,美國科學院院長；還被選為法國科學美國科學院院長；還被選為法國科學院院士和倫敦皇家學會會員，院院士和倫敦皇家學會會員，19311931年年5 5月月9 9日在帕薩迪納逝世日在帕薩迪納逝世 邁克耳孫主要從事光學和光譜學方邁克耳孫主要從事光學和光譜學方面的研討，他以畢生精神從事光速的精面的研討，他以畢生精神從事光速的精細丈量，在他的有生之年，不斷是光速細丈量，在他的有生之年，不斷是光速測定的國際中心人物測定的國際中心人物 1881 1881年，他發(fā)明了一種用以測定微年，他發(fā)明

3、了一種用以測定微小長度、折射率和光波波長的干涉儀小長度、折射率和光波波長的干涉儀邁克耳孫干涉儀，在研討光譜線方邁克耳孫干涉儀，在研討光譜線方面起著重要的作用面起著重要的作用 1887年他與美國物理學家年他與美國物理學家E.W.莫雷協(xié)莫雷協(xié)作，進展了著名的邁克耳孫作，進展了著名的邁克耳孫-莫雷實驗，莫雷實驗，這是一個最艱苦的否認性實驗，它動搖這是一個最艱苦的否認性實驗，它動搖了經(jīng)典物理學的根底了經(jīng)典物理學的根底 邁克耳孫首倡用光波波長作為長度邁克耳孫首倡用光波波長作為長度基準，提出在天文學中利用干涉效應的基準，提出在天文學中利用干涉效應的能夠性，并且用本人設(shè)計的星體干涉儀能夠性，并且用本人設(shè)計的

4、星體干涉儀丈量了恒星參宿四的直徑丈量了恒星參宿四的直徑 由于創(chuàng)制了精細的光學儀器和利用由于創(chuàng)制了精細的光學儀器和利用這些儀器所完成的光譜學和根本度量學這些儀器所完成的光譜學和根本度量學研討，邁克耳孫于研討，邁克耳孫于19071907年獲諾貝爾物理年獲諾貝爾物理學獎學獎單色光源單色光源21MM 反反射射鏡鏡 2M反射鏡反射鏡1M一一 邁克耳孫干涉儀光路及構(gòu)造邁克耳孫干涉儀光路及構(gòu)造21M,M與與 成成 角角04521/GG2G補償板補償板 分光板分光板 1G 挪動導軌挪動導軌1M反反射射鏡鏡 2M21MM 反射鏡反射鏡1M單色光源單色光源1G2G光程差光程差d2 的像的像2M2Md當當 不垂直于

5、不垂直于 時，可構(gòu)成劈尖時，可構(gòu)成劈尖型等厚干涉條紋型等厚干涉條紋.1M2M反反射射鏡鏡 2M反射鏡反射鏡1M1G2G單色光源單色光源2M二二 邁克耳孫干涉儀的主要特性邁克耳孫干涉儀的主要特性 (1) (1)兩相關(guān)光束完全分開；兩相關(guān)光束完全分開； (2) (2)兩光束的光程差可調(diào)兩光束的光程差可調(diào). .1G2Gd2M2M1M三三 邁克爾孫干涉儀的運用邁克爾孫干涉儀的運用.可用挪動反射鏡1的方法，測長度或波長dk 更高級次的環(huán)從中心更高級次的環(huán)從中心“涌出，一切的環(huán)都往外擴。涌出，一切的環(huán)都往外擴。dk原最高級次的環(huán)向中原最高級次的環(huán)向中心心“縮進，一切的環(huán)都往里縮進，一切的環(huán)都往里縮?？s。1

6、G2Gd2M2M1Md k明紋明紋1()2k 暗紋暗紋d2 當當 與與 之間間隔之間間隔變大時變大時 ，圓形干涉條紋從中，圓形干涉條紋從中心一個個涌出心一個個涌出, 并向外擴張并向外擴張, 干涉條紋變密干涉條紋變密; 間隔變小時，圓形干涉間隔變小時，圓形干涉條紋一個個向中心縮進條紋一個個向中心縮進, 干干涉條紋變稀涉條紋變稀 .2M1M三三 邁克爾孫干涉儀的運用邁克爾孫干涉儀的運用.可用挪動反射鏡1的方法，測長度或波長dk 更高級次的環(huán)從中心更高級次的環(huán)從中心“涌出，一切的環(huán)都往外擴。涌出，一切的環(huán)都往外擴。dk原最高級次的環(huán)向中心原最高級次的環(huán)向中心“縮縮進，一切的環(huán)都往里縮。進，一切的環(huán)都

7、往里縮。1G2Gd2M2M1Md k明紋明紋1()2k 暗紋暗紋d21G2Gd2M2M1M干涉干涉條紋條紋挪動挪動數(shù)目數(shù)目挪挪動動間間隔隔1Md2kd挪動反射鏡挪動反射鏡三三 邁克爾孫干涉儀的運用邁克爾孫干涉儀的運用.可用挪動反射鏡1的方法，測長度或波長 在光譜學中，運用準確度極高的近代干涉儀可以準在光譜學中，運用準確度極高的近代干涉儀可以準確地測定光譜線的波長極其精細構(gòu)造；確地測定光譜線的波長極其精細構(gòu)造； 在天文學中，利用特種天體干涉儀還可測定遠間隔在天文學中，利用特種天體干涉儀還可測定遠間隔星體的直徑等。星體的直徑等。173.763,650, 11標準米 1960 1960年國際計量會議

8、上年國際計量會議上, ,規(guī)定用氪規(guī)定用氪-86-86在液氮溫度下在液氮溫度下的的2p10-5d52p10-5d5的橙色光在真空中的波長的橙色光在真空中的波長 的的1,650,763.73 1,650,763.73 倍做為長度的規(guī)范單位。倍做為長度的規(guī)范單位。nm6 .6051 使精度提高了兩個數(shù)量級使精度提高了兩個數(shù)量級, ,由由10-7-10-910-7-10-9米。米。1G2Gd2M1M2Mtnd) 1(22插入介質(zhì)片后光程差插入介質(zhì)片后光程差光程差變化光程差變化tn) 1(2ktn )1(2干涉條紋挪動數(shù)目干涉條紋挪動數(shù)目21nkt介質(zhì)片厚度介質(zhì)片厚度tn光程差光程差d2 2.可用在光路

9、中參與介質(zhì)片的方法，測介質(zhì)片的折射率或厚度 長的玻璃管，其中一個抽成真空，長的玻璃管，其中一個抽成真空， 另另一個那么儲有壓強為一個那么儲有壓強為 的空氣的空氣 , 用以用以丈量空氣的折射率丈量空氣的折射率 . 設(shè)所用光波波長為設(shè)所用光波波長為546nm，實驗時，向真空玻璃管中逐漸充入空氣實驗時，向真空玻璃管中逐漸充入空氣 ，直至壓，直至壓強到達強到達 為止為止 . 在此過程中在此過程中 ，察看，察看到到107.2條干涉條紋的挪動，試求空氣的折射率條干涉條紋的挪動，試求空氣的折射率 .例例 在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入在邁克耳孫干涉儀的兩臂中，分別插入cm0 .10lPa10013. 1

10、5nPa10013. 15n解解2 .107) 1(221lncm0 .102cm105462 .107122 .10717ln00029. 1“以太參考系以太參考系是絕對靜止系是絕對靜止系邁克耳孫邁克耳孫- -莫雷實驗莫雷實驗l12GMGMvsGM1M2T設(shè)設(shè)“以太參考系為以太參考系為 系系實驗室為實驗室為 系系SSv: 系相對于系相對于 系的速度系的速度SSvsGM1M2T s從從 系看系看vM1 GG M2G M1l12GMGMccvccvG M1 Gvvclclt1vvsGM1M2T s從從 系看系看22v ccvM2 Gcv22v cG M2 G22212ccltvG M2G M2l12GMGMG M1 Gvvclclt122cltcv2222clNv2222clNvm/s103,nm500,m104vl4 . 0N儀器可丈量精度儀器可丈量精度01. 0N 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 未察看到地球相對于未察看到地球相對于“以太的運動以太的運動. 0N結(jié)論：作為絕對參考系的以太不存在結(jié)論：作為絕對參考系的以太不存在. 以后又有許多人在不同季節(jié)、時辰、以后又有許多人在不同季節(jié)、時辰、方向上反復重做邁克耳孫方向上反復重做邁克耳孫- -莫雷實驗近莫雷實驗近年來年來, ,利用激光使這個實驗的精度大為提利用激光使這個實驗的精度大為提高