《物理学原理及工程应用》课件0903迈克尔逊-莫雷实验.ppt

1、迈克尔逊干涉实验：迈克尔逊干涉实验：证明了证明了“以太以太”学说的荒谬。学说的荒谬。“以太以太”学说：学说：以太在宇宙中无处不在，所有星球均在以太在宇宙中无处不在，所有星球均在“以太海洋以太海洋”里漂泊，里漂泊，“感受感受”到迎面吹来的到迎面吹来的“以太风以太风”。1 迈克尔逊干涉仪 平行单色光入射分光板平行单色光入射分光板G1在镀膜面分为光束在镀膜面分为光束1和和2 光束光束1和和2是相干光是相干光1 迈克尔逊干涉仪 平行单色光入射分光板平行单色光入射分光板G1在镀膜面分为光束在镀膜面分为光束1和和2 光束光束1和和2是相干光是相干光 明暗相间的圆条纹明暗相间的圆条纹 光束光束2经过补偿板经

2、过补偿板G2 _M2反射反射_G2透射透射 G1镀膜面反射传播到镀膜面反射传播到EYES 光束光束1经经M1反射反射_经经G1透射传播到透射传播到EYES 干涉相当于干涉相当于M1反射镜和反射镜和M2通过通过G1成的像成的像M2 构成的构成的薄膜空气层薄膜空气层的干涉的干涉G2的作用的作用 补偿光束补偿光束1在在G1中多走的光程中多走的光程等厚干涉条纹等厚干涉条纹 如果如果M1和和M2不是严格垂直不是严格垂直 则会产生等厚干涉直条纹或弯曲条纹则会产生等厚干涉直条纹或弯曲条纹迈克耳孙干涉条纹特点迈克耳孙干涉条纹特点1)条纹内疏外密条纹内疏外密_中央干涉条纹的级数最高中央干涉条纹的级数最高2)h增

3、大增大_减小减小 中央视场冒出中央视场冒出_沦陷条纹沦陷条纹 h=0 时时 视场只有一个亮条纹视场只有一个亮条纹2hk05/102hN 3)中央视场冒出中央视场冒出N个条纹或沦陷个条纹或沦陷N个条纹和个条纹和h的变化的关系的变化的关系2 hN 2hk2()()hhkN 开放光路开放光路 精确测量透明介质折射率精确测量透明介质折射率_长度的变化长度的变化 光波波长光波波长的测量的测量2hk中央亮条纹中央亮条纹2 hN 2 hN 透明物质透明物质长度的微小变化长度的微小变化 折射率折射率kk 中央亮条纹中央亮条纹迈克尔逊干涉仪应用迈克尔逊干涉仪应用例题例题 在迈克尔孙干涉一支光路中放入厚度在迈克尔

4、孙干涉一支光路中放入厚度d的玻璃管的玻璃管 管内充有某种气体，然后将玻璃管中的气体抽净管内充有某种气体，然后将玻璃管中的气体抽净 观测到中心漂过观测到中心漂过10个亮条纹，计算气体的折射率个亮条纹，计算气体的折射率 充有气体时中心亮条纹光程差充有气体时中心亮条纹光程差k抽净气体后中心亮条纹的光程差抽净气体后中心亮条纹的光程差k光程差的变化光程差的变化N因子因子2 光通过气体光通过气体2次次2(1)nd12Nnd 1001d 气体折射率气体折射率如果如果d=100mmd=100mm，=585nm=585nm，则则n=1.0002925n=1.00029252 迈克尔逊-莫雷实验假设装置在以太中向

5、右以速度u 运动，且从部分镀银的玻璃片到两面镜子的距离为 d，那么向右的那一束光在向右的过程中相对装置速度为 ，花费的时间 ，返回时速度为 ，花费的时间 ，总的时间，而对于向上的那一束光，光速都是 ，总时间，所以两束光的到达时间是不同的，光程差为，实验时 ，用镉的蒸气在放电管中所发出的红色光做光源，条纹移动数目为干涉仪的精度为0.01。然而，迈克尔逊与莫雷先后重复了数百次实验，耗费了大量的精力，不断地改进实验装置以提高实验精度，不断的改变进行实验的地理位置，却从未观察到过干涉条纹的移动。这被称为实验的“零结果”。巧妙、缜密的迈克尔逊一莫雷实验看似“失败”了，也可以说企图测量地球绝对速度的希望破灭了。如何正确解释迈克尔逊一莫雷实验的这个意外的结果，就成了摆在人们面前的一个重大问题。测量不出地球相对于以太的运动，那只有两种可能：或者地球根本就是不动的，或者那种假想的以太不存在。现在我们知道，电磁波就是电场和磁场交替变化的传播，它根本不需要那种假想的传播介质 以太。3 其他相关实验1.密勒实验密勒实验2.光行差现象光行差现象3.艾里实验艾里实验