迈克尔逊及迈克尔逊干涉仪试验-陕西师范大学网络教育学院.PPT

迈克尔逊及迈克尔逊干涉仪实验陕西师范大学物理学与信息技术学院 吴俊林 一、著名物理学家――阿尔伯特-迈克尔逊及其对物理学发展的主要贡献 1． 阿尔伯特-迈克尔逊（Albert Abrahan  Michelson，1852～ 1931）简介 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。 1892年到一个全新的大学——芝加哥大学任物理学系教授，并成为该系第一任系主任。 1907年迈克尔逊因为“发明光学干涉仪并使用其进行光谱学和基本度量学研究” 而成为美国历史上第一位诺贝尔物理学奖获得者。 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。 月球上的一个环形山是以他的名字命字。 1931年5月9日逝世于加利福尼亚的帕萨迪纳。 3、迈克尔逊－莫雷实验 按经典理论地球在“以太”中绕太阳公转，就象急驰的火车相对于周围空气运动而产生一股风一样.也应有一股“以太风”。迈克尔逊---------莫雷实验就是为了测量“以太风”而设计的。 实验装置如图所示 迈克尔孙干涉仪俯视图 测定“以太风”速率的实验设计思想 所需的时间为: 光由M→M2→M所需的时间为: 故两束光到达T的时间差为: 干涉仪转动90°前后时间差的改变为 由此而引起的光程差为: 从而引起干涉条纹移动的条数: 应用数学展开，略去高次项可得: 实验中用钠光源，λ=5.9×10－7ｍ； 地球的轨道运动速率为：υ≈10－4c； 干涉仪光臂长度为11m; 应该移动的条纹为： Ｎ＝２×11×(10－4)2／λ＝0.4 干涉仪的灵敏度:可观察到的条纹数为0.01条。 而实验结果没有观察到条纹移动. 实验结果没有观察到条纹移动，即 故推出 即“以太漂移”速度 实验结果显示“以太”不存在。 迈克尔逊验证“以太”实验的主要阶段 ①、1881年4月在天文台的地下室进行第一次实验后，得到出乎意料的结果，实验结果发表后，立即引起物理学界的非议。其本人承受巨大压力。 ②、1884年著名物理学家开尔文访美，并会见迈克尔逊，赞扬并鼓励他继续实验，建议他和其助手莫雷合作实验。 1887年7月，进行第二次实验，用大石板浮在水银槽上实验（可自由旋转方向，稳定性好，精度高）共四天，结果仍然是零。 ③、1897年，迈克尔逊第三次实验，将干涉仪掉在天花板上，为防止空气的干扰，光路用铁管密封，抽去空气，得到的仍然为零结果。 4、迈克尔逊的主要科学贡献 迈克尔逊一生在追求科学和真理，他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。主要科学贡献有： ①．迈克尔逊的第一个重大科学贡献是发明了迈克尔逊干涉仪，并用它完成了著名的迈克-莫雷实验. 这是一个最重大的否定性实验，这次实验的结果否定了“以太”学说，动摇了经典物理学的基础，为爱因斯坦狭义相对论的建立铺平了道路. ②．迈克尔逊是第一个倡导用光波的波长作为长度基准的科学家，1892年迈克尔逊利用特制的干涉仪，以法国的米原器为标准，在温度15摄氏度、压力760毫米汞柱的条件下，测定了镉红线波长是6438.4696埃，于是，1米等于1553164倍镉红线波长。这是人类首次获得了一种永远不变且毁坏不了的非实物长度基准。 ③．在光谱学方面，迈克尔逊发现了氢光谱的精细结构以及水银和铊光谱的超精细结构，这一发现在现代原子理论中起了重大作用，其成果对现代分子物理学、原子光谱和激光光谱学等新兴学科都产生了重大影响 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，迈克尔逊于1907年获诺贝尔物理学奖。 迈克尔逊是一位杰出的实验物理学家，他所完成的实验都以设计精巧、精确度高而闻名，爱因斯坦曾这样赞誉： “我总认为迈克尔逊是科学中的艺术家,他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛,他从来不认为自己在科学上是个严格的‘专家’,但始终是个艺术家。” 二、迈克尔逊干涉仪测光波波长 M1与M2’之间形成的是一个空气薄膜。迈克尔逊干涉仪产生的干涉，与M1、 M2’之间的空气薄膜产生的干涉是等效的。改变M1、 M2’的相对位置，就可以得到各种形式的干涉条纹。 3、干涉环的变化规律 干涉