大学物理115迈克耳孙干涉仪ppt课件

1、11-1 相关光相关光11-2 杨氏双缝干涉杨氏双缝干涉 劳埃德镜劳埃德镜11-3 光程光程 薄膜干涉薄膜干涉11-4 劈尖劈尖 牛顿环牛顿环11-5 迈克耳孙干涉仪迈克耳孙干涉仪第十一章第十一章 光学光学 - - 光的干涉光的干涉迈迈克克耳耳孙孙 迈克耳孙迈克耳孙 (Albert Abraban (Albert Abraban Michelson,18521931) Michelson,18521931) 美国物理学家美国物理学家1852 1852 年年1212月月1919日出生于普鲁士斯特雷诺现属日出生于普鲁士斯特雷诺现属波兰，后随父母移居美国，波兰，后随父母移居美国，18771877年毕

2、业于美国海军学院，曾任芝加哥年毕业于美国海军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席大学教授，美国科学促进协会主席, ,美国科学院院长；还被选为法国科学美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员，院院士和伦敦皇家学会会员，19311931年年5 5月月9 9日在帕萨迪纳逝世日在帕萨迪纳逝世 迈克耳孙主要从事光学和光谱学方迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研讨，他以毕生精神从事光速的精面的研讨，他以毕生精神从事光速的精细丈量，在他的有生之年，不断是光速细丈量，在他的有生之年，不断是光速测定的国际中心人物测定的国际中心人物 1881 1881年，他发明了一种用以测定微年，他发明

3、了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪小长度、折射率和光波波长的干涉仪迈克耳孙干涉仪，在研讨光谱线方迈克耳孙干涉仪，在研讨光谱线方面起着重要的作用面起着重要的作用 1887年他与美国物理学家年他与美国物理学家E.W.莫雷协莫雷协作，进展了著名的迈克耳孙作，进展了著名的迈克耳孙-莫雷实验，莫雷实验，这是一个最艰苦的否认性实验，它动摇这是一个最艰苦的否认性实验，它动摇了经典物理学的根底了经典物理学的根底 迈克耳孙首倡用光波波长作为长度迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的基准，提出在天文学中利用干涉效应的能够性，并且用本人设计的星体干涉仪能够性，并且用本人设计的

4、星体干涉仪丈量了恒星参宿四的直径丈量了恒星参宿四的直径 由于创制了精细的光学仪器和利用由于创制了精细的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和根本度量学这些仪器所完成的光谱学和根本度量学研讨，迈克耳孙于研讨，迈克耳孙于19071907年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理学奖学奖单色光源单色光源21MM 反反射射镜镜 2M反射镜反射镜1M一一 迈克耳孙干涉仪光路及构造迈克耳孙干涉仪光路及构造21M,M与与 成成 角角04521/GG2G补偿板补偿板 分光板分光板 1G 挪动导轨挪动导轨1M反反射射镜镜 2M21MM 反射镜反射镜1M单色光源单色光源1G2G光程差光程差d2 的像的像2M2Md当当 不垂直于

5、不垂直于 时，可构成劈尖时，可构成劈尖型等厚干涉条纹型等厚干涉条纹.1M2M反反射射镜镜 2M反射镜反射镜1M1G2G单色光源单色光源2M二二 迈克耳孙干涉仪的主要特性迈克耳孙干涉仪的主要特性 (1) (1)两相关光束完全分开；两相关光束完全分开； (2) (2)两光束的光程差可调两光束的光程差可调. .1G2Gd2M2M1M三三 迈克尔孙干涉仪的运用迈克尔孙干涉仪的运用.可用挪动反射镜1的方法，测长度或波长dk 更高级次的环从中心更高级次的环从中心“涌出，一切的环都往外扩。涌出，一切的环都往外扩。dk原最高级次的环向中原最高级次的环向中心心“缩进，一切的环都往里缩进，一切的环都往里缩。缩。1

6、G2Gd2M2M1Md k明纹明纹1()2k 暗纹暗纹d2 当当 与与 之间间隔之间间隔变大时变大时 ，圆形干涉条纹从中，圆形干涉条纹从中心一个个涌出心一个个涌出, 并向外扩张并向外扩张, 干涉条纹变密干涉条纹变密; 间隔变小时，圆形干涉间隔变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进条纹一个个向中心缩进, 干干涉条纹变稀涉条纹变稀 .2M1M三三 迈克尔孙干涉仪的运用迈克尔孙干涉仪的运用.可用挪动反射镜1的方法，测长度或波长dk 更高级次的环从中心更高级次的环从中心“涌出，一切的环都往外扩。涌出，一切的环都往外扩。dk原最高级次的环向中心原最高级次的环向中心“缩缩进，一切的环都往里缩。进，一切的环都

7、往里缩。1G2Gd2M2M1Md k明纹明纹1()2k 暗纹暗纹d21G2Gd2M2M1M干涉干涉条纹条纹挪动挪动数目数目挪挪动动间间隔隔1Md2kd挪动反射镜挪动反射镜三三 迈克尔孙干涉仪的运用迈克尔孙干涉仪的运用.可用挪动反射镜1的方法，测长度或波长 在光谱学中，运用准确度极高的近代干涉仪可以准在光谱学中，运用准确度极高的近代干涉仪可以准确地测定光谱线的波长极其精细构造；确地测定光谱线的波长极其精细构造； 在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远间隔在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远间隔星体的直径等。星体的直径等。173.763,650, 11标准米 1960 1960年国际计量会议

8、上年国际计量会议上, ,规定用氪规定用氪-86-86在液氮温度下在液氮温度下的的2p10-5d52p10-5d5的橙色光在真空中的波长的橙色光在真空中的波长 的的1,650,763.73 1,650,763.73 倍做为长度的规范单位。倍做为长度的规范单位。nm6 .6051 使精度提高了两个数量级使精度提高了两个数量级, ,由由10-7-10-910-7-10-9米。米。1G2Gd2M1M2Mtnd) 1(22插入介质片后光程差插入介质片后光程差光程差变化光程差变化tn) 1(2ktn )1(2干涉条纹挪动数目干涉条纹挪动数目21nkt介质片厚度介质片厚度tn光程差光程差d2 2.可用在光路

9、中参与介质片的方法，测介质片的折射率或厚度 长的玻璃管，其中一个抽成真空，长的玻璃管，其中一个抽成真空， 另另一个那么储有压强为一个那么储有压强为 的空气的空气 , 用以用以丈量空气的折射率丈量空气的折射率 . 设所用光波波长为设所用光波波长为546nm，实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气实验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气 ，直至压，直至压强到达强到达 为止为止 . 在此过程中在此过程中 ，察看，察看到到107.2条干涉条纹的挪动，试求空气的折射率条干涉条纹的挪动，试求空气的折射率 .例例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入cm0 .10lPa10013. 1

10、5nPa10013. 15n解解2 .107) 1(221lncm0 .102cm105462 .107122 .10717ln00029. 1“以太参考系以太参考系是绝对静止系是绝对静止系迈克耳孙迈克耳孙- -莫雷实验莫雷实验l12GMGMvsGM1M2T设设“以太参考系为以太参考系为 系系实验室为实验室为 系系SSv: 系相对于系相对于 系的速度系的速度SSvsGM1M2T s从从 系看系看vM1 GG M2G M1l12GMGMccvccvG M1 Gvvclclt1vvsGM1M2T s从从 系看系看22v ccvM2 Gcv22v cG M2 G22212ccltvG M2G M2l12GMGMG M1 Gvvclclt122cltcv2222clNv2222clNvm/s103,nm500,m104vl4 . 0N仪器可丈量精度仪器可丈量精度01. 0N 实验结果实验结果 未察看到地球相对于未察看到地球相对于“以太的运动以太的运动. 0N结论：作为绝对参考系的以太不存在结论：作为绝对参考系的以太不存在. 以后又有许多人在不同季节、时辰、以后又有许多人在不同季节、时辰、方向上反复重做迈克耳孙方向上反复重做迈克耳孙- -莫雷实验近莫雷实验近年来年来, ,利用激光使这个实验的精度大为提利用激光使这个实验的精度大为提高