《大学物理》

1、 迈克耳逊迈克耳逊 （ Albert Abraham Michelson Albert Abraham Michelson （1852-19311852-1931） 迈克耳逊是19世纪伟大的美国物理学家，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席,美国科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会员。迈克耳逊的贡献迈克耳逊的贡献由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究，迈克耳孙于19071907年获诺贝尔物理学奖。(Michelsoninterferometer)迈克耳孙(AlbertAbrabanMichelson,1852-1931)美国物理学家。1852年1

2、2月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰），后随父母移居美国，1837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,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，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。迈克耳孙主要从事光学和光谱学方面的研究，他以毕生精力从事光速的精密测量，在他的有生之年，一直是光速测定的国际中心人物。他发明了一种用以测定微小长度、折射率和光波波长的干涉仪（迈克耳孙干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。1887年他与美国物理学家E.W.莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷实验，这是一个最重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。他研制出高分辨率的光

3、谱学仪器，经改进的衍射光栅和测距仪。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可能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。由于创制了精密的光学仪器和利用这些仪器所完成的光谱学和基本度量学研究，迈克耳孙于1907年获诺贝尔物理学奖金迈克耳孙迈克耳孙莫雷实验莫雷实验(Michelson-Morleyexperiment)是迈克耳孙1881年在他发明的干涉仪上进行的,以后又在1887年与莫雷合作,进行了更精密的测量。实验目的实验目的:测量地球相对于固定不动的以太的运动实验结果及意义实验结果及意义:不存在干涉条纹移动,也就是没有观察到地球相对于以太运动。迈克耳孙-莫

4、雷实验有重大的历史意义,它是一系列以太漂移实验中最有影响的一个,它动摇了经典物理学的基础。为了解释这个实验的否定结果,斐兹杰惹于1889年、洛伦兹于1892年先后提出了长度收缩假说,为爱因斯坦建立狭义相对论准备了思想基础。* *12-5 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪 (Michelsoninterferometer)一一. 干涉仪结构干涉仪结构二二. 工作原理工作原理光束光束 1 和和 2 发生干涉发生干涉S1122d21M ,kkd21222,kkd2102122，）（d22 d加强加强减弱减弱光程差光程差(无半波损无半波损)(有半波损有半波损)固定分光板分光板补偿板补偿板单色平行光单色平行

5、光都都3次经过相同的玻璃板，次经过相同的玻璃板，从而避免产生额外的光程差从而避免产生额外的光程差1880 检验检验“以太以太”是否存在是否存在;1907 Nobel physics prize 相当于由相当于由M1和和M2形成的空气形成的空气膜上下两个面反射光的光程差。膜上下两个面反射光的光程差。2M1M1G2GPL三三. 条纹特点条纹特点等倾条纹等倾条纹圆条纹陷入中心圆条纹陷入中心 圆条纹从中心冒出圆条纹从中心冒出1. 若若 与与 平行平行2M1M且光平行入射且光平行入射, 此时为等厚条纹此时为等厚条纹2Nd,kkd212222. 若若 与与 有小夹角有小夹角2M1M 若若 与与 不平行不平

6、行2M1M3. 若若 平移平移 d 时，干涉条纹移过时，干涉条纹移过 N 条，则有条，则有2M 时间相干性时间相干性两光束产生干涉效应的最大光程差称为两光束产生干涉效应的最大光程差称为相干长度相干长度, ,与相干长度与相干长度 对应的光传播时间称为对应的光传播时间称为相干时间相干时间M M1 1和和M M2 2之间的距离超过之间的距离超过一定限度以后，干涉现一定限度以后，干涉现象消失。象消失。点光源先后发出点光源先后发出的波列是不相干的。当一的波列是不相干的。当一个波列被分光板分成两个个波列被分光板分成两个两个波列后，如果光程差两个波列后，如果光程差太大，就不能重叠，不能太大，就不能重叠，不能

7、干涉。干涉。波列长度波列长度L L为为相干长度相干长度因为波列长度因为波列长度 ，其中，其中 为发光持续时间，为发光持续时间，c c 为为真空中的光速，所以真空中的光速，所以相干长度相干长度 L L 也可以用也可以用 来描述，称来描述，称它为它为相干时间相干时间，由它决定的相干性为，由它决定的相干性为时间相干性时间相干性。 ctLt t 钠钠Na 光，光， 波长波长589.6nm，相干长度，相干长度 3.4*10-2m氦氖激光氦氖激光 ，波长，波长632.8nm，相干长度，相干长度 40*102m 0 oII0I0 /2 谱线宽度谱线宽度相干长度相干长度L 和谱线宽度和谱线宽度之间的关系为之间

8、的关系为2L干性越好越大，单色性越好，相越小，LsABC时间相干性时间相干性空空间间相相干干性性 时间相干性时间相干性 1M2M1G2GES2Maba1a2b1b2光程差光程差L1M2M1G2GES2Maba1a2b1b2光程差光程差LLmax相干长度相干长度cLt ; 相干时间相干时间只有相遇的光波来自于同一光波列才满足光波相干条件只有相遇的光波来自于同一光波列才满足光波相干条件.四四. 应用应用1. 微小位移测量微小位移测量2. 测波长测波长2NdNd2m12103. 测折射率测折射率光路光路1中插入介质，产生中插入介质，产生附加光程差附加光程差：, 由此可测由此可测 折射率折射率n 。ln)1(2 lM11n3. 测折射率测折射率光路光路1中插入介质，产生中插入介质，产生附加光程差附加光程差：, 由此可测由此可测 折射率折射率n 。ln)1(2 lM11n在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，放入