《迈克尔逊》PPT课件

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1、迈克尔逊干涉仪实验物理实验教学中心近代物理基本实验40王琰迈克尔逊简介迈克尔逊童年随父母随居美国。受旧金山男子中学校长的引导，迈克尔逊对科学特别是光学和声学发生了兴趣，并展示了自己的实验才能。1869年被选拔到美国安纳波利斯海军学院学习。毕业后曾任该校物理和化学讲师。1880～1882年被批准到欧洲攻读研究生，先后到柏林大学、海德堡大学、法兰西学院学习。1883年任俄亥俄州克利夫兰市开斯应用科学学院物理学教授。1889年成为麻省伍斯特的克拉克大学的物理学教授，在这里着手进行计量学的一项宏伟计划。1892年改任芝加哥大学物理学教授，后任该校第一任物理系主任，在这里他培养了对天文光谱学的兴

2、趣。1910～1911年担任美国科学促进会主席。1923～1927年担任美国科学院院长。1931年5月9日因脑溢血于加利福尼亚州的帕萨迪纳逝世，终年79岁。阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克尔逊(1852-1931)（AlbertAbrahanMichelson）★1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为证明“以太”存在设计制造了第一台用于精密测量的干涉仪--迈克尔逊干涉仪，它是在平板或薄膜干涉现象的基础上发展起来的。实验结果否定了以太的存在，解决了当时关于“以太”的争论，证明了光速不变原理，与狭义相对论基本吻合，为爱因斯坦发现相对论提供了实验依据。★迈克尔逊用干涉仪最先以用镉红光的波长来测

3、定了国际标准米尺的长度。建立了以光波长为基准的绝对长度标准。迈克尔逊还用该干涉仪测量出太阳系以外星球的大小。★迈克尔逊干涉仪还被用来研究光谱线的精细结构，推动了原子物理与计量科学的发展。★用以进行光谱学和度量学的研究，并精密测出光速。★因发明精密光学仪器以及用这些仪器在光谱学与计量学研究所作中的贡献，1907年诺贝尔物理学奖授予芝加哥大学的迈克耳逊，他也是美国第一位获诺贝尔物理学奖的科学家。★由于迈克尔逊干涉仪将两相干光束完全分开，它们之间的光程差可以根据要求作各种改变，测量结果可以精确到与波长相比拟，今天,迈克尔逊干涉仪已被发展和改进为更完善的现代干涉仪。迈克尔逊干仪的历史背景在近代

4、物理学的发展史上起到了里程碑的作用！实验仪器激光源分光板补偿板反射镜M2粗动手轮微动手轮竖直微调螺丝水平微调螺丝读数窗读数轮观察屏实验原理获得相干光光源的两种常见方法：●分波阵面法：从同一波阵面上获取对等的两部分作为子光源成为相干光源；如杨氏实验等。●分振幅法：当一束光投射到两种介质的分界面时，它的所有的反射光线或所有的透射光线会聚在一起时即可发生相干；如薄膜干涉等。1、光路原理G1为分光板，G2为补偿板，M1、M2为平面反射镜。G1与M1、M2均成45°角。迈克尔逊干涉仪是用分振幅法产生双光束以实现干涉的dM2'G1分光板G2补偿板M2反射镜M1反射镜S观测屏2、干涉原理（非定域干涉

5、原理）用点光源(激光)作光源，可观察到迈克尔逊干涉仪的非定域干涉现象。如图点光源S，,S1’是S经M1所成的虚象，S2’是S经M2’所成的虚象,显然S1’,S2’是一对相干点光源,S1’、S2’发出的球面波在它们相遇的空间处处相干，只需观察屏放在两点光源发出光波的重叠区域内，都能看到干涉现象，故这种干涉称为非定域干涉。屏放置位置不同干涉条纹，形状不同，可以是园,椭园，双曲线，直线等形状。1光和2光的光程差：Δ＝AB＋BC－AD经数学推导：δ＝2d×COSθ（1）等倾干涉（M1与M2垂直）当观察屏垂直于S1‘S2’轴线时，能看到一组明暗相间的同心园干涉条纹,其园心为S1'S2'轴线与屏的

6、交点P0,P0点的光程差△=2d，可以证明，屏上任意点P的光程差：△≈2dcosθ式中θ为S1’射到P点的光线与M1法线之间的夹角，当M1与M2’之间距离d连续改变时，可以看到园心处条纹向外冒出或缩进。由此，可以测量长度或光源波长。光程差相同入射角的光有相同的光程差，干涉图样为一组同心圆。等倾干涉条纹随d变化图样一片亮场陷入,条纹由密变稀涌出,条纹由无到有变密继续冒环变密继续涌出当M1、M2'有一个很小的角度时，M1、M2'之间形成楔形空气薄层，就出现等厚干涉。这时“1”和“2”的光程差仍然可以近似的用公式：d为观察点处空气层的厚度θ为入射角PSM1M2'12面光源产生的等厚干涉当θ很

7、小时，光程差：在M1、M2'相交处d很小，即：（2）等厚干涉（M1与M2有一小角度）这时就能观察到等厚干涉条纹即两镜之间为劈尖干涉。等厚干涉条纹随d变化图样M1M2’M1M2’M2’M1M2’M1M1M2’（3）条纹特征等倾干涉条纹★θ越小，级次越大，θ=0时级次最高。★d增加时条纹涌出，d减小时条纹陷入。针对θ=0的中央条纹，设涌出或淹没的条纹数N，则λ=2Δd/N★d增大时条纹变细变密，d减小时条纹变粗变疏。等厚干涉条纹★在两镜面交线附近θ