物理光学课件 11-5迈克耳孙干涉仪.ppt

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1、11-1相干光11-2杨氏双缝干涉劳埃德镜11-3光程薄膜干涉11-4劈尖牛顿环11-5迈克耳孙干涉仪第十一章光学---光的干涉迈克耳孙迈克耳孙(AlbertAbrabanMichelson,1852─1931)美国物理学家．1852年12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，1877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

2、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．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．单色光源反射镜反射镜一迈克耳孙干涉仪光路及结构与成角补偿板分光板移动导轨反射镜反射镜单色光源

3、光程差的像当不垂直于时，可形成劈尖型等厚干涉条纹.反射镜反射镜单色光源二迈克耳孙干涉仪的主要特性(1)两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可调.三迈克尔孙干涉仪的应用１.可用移动反射镜Ｍ1的方法，测长度或波长．d↑⇒k↑更高级次的环从中心“涌出”，所有的环都往外扩。d↓⇒k↓原最高级次的环向中心“缩进”，所有的环都往里缩。明纹暗纹干涉条纹的移动当与之间距离变大时，圆形干涉条纹从中心一个个涌出,并向外扩张,干涉条纹变密;距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进,干涉条纹变稀.三迈克尔孙干涉仪的应用１.可用移动反射镜Ｍ1的方法，测长度或波长．d↑⇒k↑更高级次的环

4、从中心“涌出”，所有的环都往外扩。d↓⇒k↓原最高级次的环向中心“缩进”，所有的环都往里缩。明纹暗纹干涉条纹移动数目移动距离移动反射镜三迈克尔孙干涉仪的应用１.可用移动反射镜Ｍ1的方法，测长度或波长．在光谱学中，应用精确度极高的近代干涉仪可以精确地测定光谱线的波长极其精细结构；在天文学中，利用特种天体干涉仪还可测定远距离星体的直径等。1960年国际计量会议上,规定用氪-86在液氮温度下的2p10-5d5的橙色光在真空中的波长的1,650,763.73倍做为长度的标准单位。使精度提高了两个数量级,由10-7-10-9米。插入介质片后光程差光程差变化干涉条纹移动数目介

5、质片厚度光程差2.可用在光路中加入介质片的方法，测介质片的折射率或厚度．长的玻璃管，其中一个抽成真空，另一个则储有压强为的空气,用以测量空气的折射率.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，直至压强达到为止.在此过程中，观察到107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率.例在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入解“以太”参考系是绝对静止系迈克耳孙-莫雷实验GM1M2T设“以太”参考系为系实验室为系:系相对于系的速度GM1M2T（从系看）M1GGM2GM1GM1GGM1M2T（从系看）M2GGM2GGM2GM2GM1G仪器可测量精度实验结果未观察

6、到地球相对于“以太”的运动.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、时刻、方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验．近年来,利用激光使这个实验的精度大为提高,但结果却没有任何变化．迈克耳孙-莫雷实验测到以太漂移速度为零,对以太理论是一个沉重的打击,被人们称为是笼罩在19世纪物理学上空的一朵乌云.例:（3507）如图所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全部浸入n＝1.60的液体中，凸透镜可沿移动，用波长λ=500nm的单色光垂直入射．从上向下观察，看到中心是一个暗斑，此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是(A)156.3nm(B)148.8nm(C)78

7、.1nm(D)74.4nm［］C反射光光程差暗纹例:（3507）如图所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全部浸入n＝1.60的液体中，凸透镜可沿移动，用波长λ=500nm的单色光垂直入射．从上向下观察，看到中心是一个暗斑，此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是(A)156.3nm(B)148.8nm(C)78.1nm(D)74.4nm［］C例:（3190）一个平凸透镜的顶点和一平板玻璃接触，用单色光垂直照射，观察反射光形成的牛顿环，测得中央暗斑外第k个暗环半径为r1．现将透镜和玻璃板之间的空气换成某种液体(其折射率小于玻璃的折射率)，第k个暗环的半径变为r2，由此

8、可知该液体