三人和五人表决器讲解.docx

一、等倾干涉的特征 等倾干涉是是薄膜干涉的一种。薄膜此时是均匀的，光线以倾角i入射，上下两条反射光线经过透镜作用会汇聚一起，形成干涉。由于入射角相同的光经薄膜两表面反射形成的反射光在相遇点有相同的光程差，也就是说，凡入射角相同的就形成同一条纹，故这些倾斜度不同的光束经薄膜反射所形成的干涉花样是一些明暗相间的同心圆环这种干涉称为等倾干涉。倾角i相同时，干涉情况一样（因此叫做“等倾干涉”） h一定时，干涉级数愈高(j愈大)，相当于i2愈小此外，等倾于沙条纹只呈现在会聚平行光的透镜的焦平面上，不用透镜时产生的干涉条纹应在无限远处，所以我们说等倾干涉条纹定域于无限远处。干涉图样：当光程差为波长整数倍时，形成亮条纹，为半波长奇数倍时是暗条纹。等倾条纹是内疏外密的同心圆环。等倾干涉条纹的特征:（a） 干涉条纹为同心圆环.（b） 中心条纹的干涉级数高.（c） 厚度增大,条纹外涌：中心点：（d） 相邻条纹半径:1. 越靠近中心条纹级次越高2. ik越大，条纹间距越小，即离中心越远，干涉条纹越密。3. h越大，条纹间距越小，即较厚的薄膜，产生的等倾干涉条纹较密。等倾干涉条纹是一组同心圆，垂直入射的光会被会聚在同心圆的圆心，当i=0时，光程差等于2d，即干涉条纹的级数是以圆心为最高。移动移动反射镜使d增加时，圆心的干涉级数就越来越高，圆条纹一个一个地从圆心“冒”出来；反之，当d减小时，一个一个地向圆心“缩”进去。每“冒”出或“缩”进一个条纹，d就增加或减小了。二、迈克尔逊-莫雷实验 1.经典时空观 存在绝对静止的参照系是经典时空观的核心。人们在原始状态下，总从自我的感觉出发认识世界。并总以自我为中心，来处理一切事物。从这点上说，哥白尼的贡献是相当伟大的。他启示了人们要站在公正的角度看问题。“以太”(ether)一词来自古希腊亚里士多德，他以为，人们用纯粹思维可以找出制约宇宙的定律，不必要用观测去检验它。他把地上物质与天上物质人为划开，认为天上是由与地上污浊的物质不同的纯洁的物质即“以太”组成。此外他相信存在一个优越的静止状态，任何没有受到外力和冲击的物体都采取这种状态。特别是他以为地球是静止的。经典力学打破了天上与人间的不同，并且否定静止存在唯一标准。人们可以讲，物体A静止而物体B以不变的速度相对于物体A运动，或物体B静止而物体A运动，这两种讲法是等价的。牛顿对绝对位置或被称为绝对空间的不存在感到非常忧虑，因为这和他的绝对上帝的观念不一致。事实上，即使绝对空间的不存在被隐含在他的定律中，他也拒绝接受。他思考了这样一个实验，即水桶中水的旋转。(1) 开始时，桶旋转得很快，但水几乎静止不动。在粘滞力经过足够的时间使它旋转起来之前，水面是平的，完全与水桶转动之前一样。 (2)水和桶一起旋转，水面变成凹状的抛物面。 (3)突然使捅停止旋转，水面仍然保持凹状的抛物面。 牛顿就此分析道，在第(1)(3)阶段里，水和桶都有相对运动，而前者是水平的，而后者水面凹下：在第(2)(3)阶段里，无论水和桶有无相对运动，水面都是凹下的。牛顿由此得出结论：桶和水的相对运动不是水面凹下的原因，这个现象的根本原因是水在空间里绝对运动（即相对于牛顿的绝对空间的运动）的加速度。 绝对空间在哪里 牛顿曾经设想，在恒星所在的遥远地方,或许在它们之外更遥远的地方。他提出假设,宇宙的中心是不动的,这就是他所想象的绝对空间.从现今的观点来看,牛顿的绝对空间观是不对的。不过，牛顿当时了清楚地意识到，要给惯性原理以一个确切的意义，那就必须把空间作为独立于物体惯性行为之外的原因引进来。爱因斯坦说：“对此，牛顿自己和他同时的最有批判眼光的人都是感到不安；但是人们要想给力学以清晰的意义，在当时却没有别的办法。”爱因斯坦还认为，牛顿引入绝对空间，对于建立他的力学体是必要的。 亚里士多德和牛顿都相信绝对时间。也就是说，他们相信人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时间间隔，只要用好的钟，不管谁去测量，这个时间都是一样的。时间相对于空间是完全分开并独立的。这就是大部份人当作常识的观点。2.关于光速研究 光以有限但非常高的速度传播的这一事实，由丹麦的天文学家欧尔克里斯琴森罗麦(Roemer)于1676年第一次发现。他观察到，木星的月亮不是以等时间间隔从木星背后出来。当地球和木星都绕着太阳公转时，它们之间的距离在变化着。罗麦注意到我们离木星越远则木星的月食出现得越晚。他的论点是，因为当我们离开更远时，光从木星月亮那儿要花更长的时间才能达到我们这儿。然而，他测量到的木星到地球的距离变化不是非常准确，所以他的光速的数值为每秒22.5万公里。 1725年英国天文学家布喇德雷(Jams Bradley)通过观察三角视差法来测量恒星的距离，发现了恒星的光行差。 地球的周年变化导致恒星表观位置的系统变化。在图中在位置2、4，地球速度矢量同从太阳到恒星的连线交成直角，这两个位置光行差有最大值。1、3位置地球的速度矢量同从太阳到恒星的连线构成角q，由上图见： 其中V=30km/s。 从对几个恒星的光行差的观察，求出光速为： c=3.04106m/s 麦克斯韦理论求出电磁波速度： 算出在真空中的速度为3106m/s与已知的光速一致因此认定光是一种电磁波。麦克斯韦理论预言，无线电波或光波应以某一固定的速度运动。但是牛顿理论已经摆脱了绝对静止实物的观念，所以如果假定光是以固定的速度传播，人们必须说清这固定的速度是相对于何物来测量的。这样人们提出，甚至在“真空”中也存在着一种无所不在的物体，这时古老的“以太”一词被用来表述这一神秘物体。正如声波在空气中一样，光波应该通过这以太传播，所以光速应是相对于以太而言。相对于以太运动的不同观察者，应看到光以不同的速度冲他们而来，但是光对以太的速度是不变的。3.迈克尔逊莫雷实验 既然存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。 1887年，阿尔贝特麦克尔逊(后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。目的是测量地球在以太中的速度。 由于光在不同的方向相对地球的速度不同，达到眼睛的光程差不同，产生干涉条纹。 从镜子M反射，光线1的传播方向在MT方向上，光的绝对传播速度为c，地球相对以太的速度为v，光MM2的传播速率为，光线1完成来回路程的时间为： 光线2在到达M2和从M2返回的传播速度为不同的，分别为c+v和cv，完成往返路程所需时间为： 光线2和光线1到达眼睛的光程差为： 在实验中把干涉仪转动90，光程差可以增加一倍。移动的条纹数为： 实验中用钠光源，l=5.910-7； 地球的轨道运动速率为：v10-4c；干涉仪光臂长度为11m， 应该移动的条纹为：DN=211(10-4)2/=0.4 干涉仪的灵敏度，可观察到的条纹数为0.01条。但实验结果是几乎没有条纹移动。 在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊-莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克罗洛兹，他是依据相对于以太运动的物体的收缩和钟变慢的机制。然而，一位迄至当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特爱因斯坦，在1905年的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念则是多余的。几个星期之后，一位法国最重要的数学家亨利彭加勒也提出类似的观点。爱因斯坦的论证比彭加勒的论证更接近物理，因为后者将此考虑为数学问题。通常这个新理论是归功于爱因斯坦，但彭加勒的名字在其中起了重要的作用。三、迈克尔逊干涉仪还可以测什么物理量？（1） 测物质的折射率。（2） 测物体的系膨胀系数。（3） 已知薄膜的折射率，求薄膜的厚度。（4） 测金属丝的弹性模量。（5） 微小位移量和微振动的测量。（i） 纳米量级位移的测量；（ii） 测微振动的振幅和频率；（iii） 压电材料的逆压电效应研究。（6） 进行小角度测量。（仪器的两个反射镜由三棱镜代替，反射镜组安装在标准被测转动器件的转动台上。被测转角依照正弦原理转化成反射镜组两个立体棱镜的相应线位移,而后进行干涉测量，小角度干涉仪测角分辨率达到10-3角秒量级。）（7） 进行引力波探测。四、还有那些其他的干涉仪，它们的作用是什么？1. 泰曼干涉仪：普遍用来检验平板、棱镜和透镜等光学元件的质量。在泰曼干涉仪的一个光路中放置待检查的平板或棱镜，平板或棱镜的折射率或几何尺寸的任何不均匀性必将反映到干涉图样上。若在光路中放置透镜，可根据干涉图样了解由透镜造成的波面畸变，从而评估透镜的波像差。2. 法布里-珀罗干涉仪：具有很尖锐的干涉极大，因而有极高的光谱分辨率，常用作光谱的精细结构和超精细结构分析。3. 瑞利干涉仪：一种利用双光束干涉原理的高精度测量仪器，通过条纹移动来对折射率进行相对测量的典型干涉仪。4. 马赫-泽德干涉仪：应用于风洞，用来对气流折射率的变化进行实时观察。5. 超导量子干涉仪：一种极高灵敏度的磁量仪 ，可用以探测极小磁场 ；其工作原理是利用包含约瑟夫森截面的超导线圈，在磁场下可用以探测磁通量量子的性质而制成。6. sagnac干涉仪：利用干涉原理测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。两束