迈克尔逊干涉仪实验思考题

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1、一、等倾干涉的特点（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：二、迈克尔逊干涉仪是如何发明的？是用来干什么的？以太漂移实验　　迈克尔逊的名字是和迈克尔逊干涉仪及迈克尔逊－莫雷实验联系在一起的，实际上这也是迈克尔逊一生中最重要的贡献。在迈克尔逊的时代，人们认为光和一切电磁波必须借助绝对静止的“以太”进行传播，而“以太”是否存在以及是否具有静止的特性，在当时还是一个谜。有人试图测量地球对静止“以太”的运动所引起的“以太风”，来证明以太的存在和具有静止的特性，但由于仪器精度所限，遇

2、到了困难。麦克斯韦曾于1879年写信给美国航海年历局的D.P.托德，建议用罗默的天文学方法研究这一问题。迈克尔逊知道这一情况后，决心设计出一种灵敏度提高到亿分之一的方法，测出与有关的效应。　　1881年他在柏林大学亥姆霍兹实验室工作，为此他发明了高精度的迈克尔逊干涉仪，进行了著名的以太漂移实验。他认为若地球绕太阳公转相对于以太运动时，其平行于地球运动方向和垂直地球运动方向上，光通过相等距离所需时间不同，因此在仪器转动90°时，前后两次所产生的干涉必有0.04条条纹移动。迈克尔逊用最初建造的干涉仪进行实验，这台仪器的

3、光学部分用蜡封在平台上，调节很不方便，测量一个数据往往要好几小时。实验得出了否定结果。改进仪器　　1884年在访美的瑞利、开尔文等的鼓励下，他和化学家莫雷（Morley,EdwardWilliams，1838～1923）合作，提高干涉仪的灵敏度，得到的结果仍然是否定的。1887年他们继续改进仪器，光路增加到11米，花了整整5天时间，仔细地观察地球沿轨道与静止以太之间的相对运动，结果仍然是否定的。这一实验引起科学家的震惊和关注，与热辐射中的“紫外灾难”并称为“科学史上的两朵乌云”。随后有10多人前后重复这一实验，历时

4、50年之久。对它的进一步研究，导致了物理学的新发展。迈克尔逊的另一项重要贡献是对光速的测定。早在海军学院工作时，由于航海的实际需要，他对光速的测定开始感兴趣。测定光速　　1879年开始光速的测定工作。他是继菲佐、傅科、科纽之后，第四个在地面测定光速的。他得到了岳父的赠款和政府的资助，使他能够有条件改进实验装置。他用正八角钢质棱镜代替傅科实验中的旋转镜，由此使光路延长600米。返回光的位移达133毫米，提高了精度，改进了傅科的方法。他多次并持续进行光速的测定工作，其中最精确的测定值是在1924～1926年，在南加利福

5、尼亚山间22英里长的光路上进行的，其值为（299796±4）km/s。迈克尔逊从不满足已达到的精度，总是不断改进，反复实验，孜孜不倦，精益求精，整整花了半个世纪的时间，最后在一次精心设计的光速测定过程中，不幸因中风而去世，后来由他的同事发表了这次测量结果。他确实是用毕生的精力献身于光速的测定工作。迈克尔逊在基本度量方面也作出了贡献一、迈克尔逊干涉仪出了测波长，还能测什么？5-10种其他物理量，如何测。（1）测杨氏模量取一截面为矩形的梁,给以支撑图所示,其中点受外力P作用。根据力学原理,梁形变不太大时,形变与外力成正

6、比。当梁中点处的最大弯曲挠度满足f《l时,有下关系式式中l为梁的有效长度,a、b分别为梁的宽度、厚度,已知的样品,a、b、l和E是确定值,所以挠度f只随外力P而变化时,当外力有△P变化时，挠度也应有△变化,故下关系式成立当波长不变时，亦为确定值。可见干涉条纹变换数K与△P也为正比关系。上式成立与否，说明了用迈克尔逊干涉仪可以检测出梁材料是否做弹性形变。由此得此式为本测定方法基本关系式（2）测玻璃折射率（3）测薄玻璃片厚度将玻璃片放入干涉仪一臂，由于假设放入的玻璃片的厚度是h，折射率为1.5（通常都是1.5），两臂的

7、光程差将变为Δx+（n-1）h，其中Δx是可移动的镜子移动的距离，再利用干涉公式，光程差等于波长的整数倍是明纹，然后你在光屏上数处移动Δx，条纹变动的个数，利用：Δx+（n-1）h=mλ，将波长λ，圆圈个数m，镜子移动距离Δx，折射率n=1.5都代入就可以求出厚度h（4）透明介质的折射率①以钠光为光源调出等倾干涉条纹。②移动M2镜，使视场中心的视见度最小，记录M2镜的位置；在反射镜前平行地放置玻璃薄片，继续移动M2镜，使视场中心的视见度又为最小，再记录M2镜位置，连续测出6个视见度最小时M2镜位置。③用逐差法求光程

8、差Δd的平均值，再除以该透明介质得厚度，就是折射率了。（5）测量材料的微小长度变化迈克尔逊干涉仪把一束激光分成两束,经过平面镜分别反射,再干涉,形成干涉环,如果有材料的长度的变化,反映出光程差的变化,这样,原来干涉相消的位置可能就会干涉相长,看起来就像环溢出或者收回,通过数干涉环溢出或者收回的个数,就可以计算长度变化的多少.折射率*变化的长度/激光波长=相位