《大學(xué)物理》

1、 邁克耳遜邁克耳遜 （ Albert Abraham Michelson Albert Abraham Michelson （1852-19311852-1931） 邁克耳遜是19世紀(jì)偉大的美國(guó)物理學(xué)家，曾任芝加哥大學(xué)教授，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)主席,美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)；還被選為法國(guó)科學(xué)院院士和倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。邁克耳遜的貢獻(xiàn)邁克耳遜的貢獻(xiàn)由于創(chuàng)制了精密的光學(xué)儀器和利用這些儀器所完成的光譜學(xué)和基本度量學(xué)研究，邁克耳孫于19071907年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。(Michelsoninterferometer)邁克耳孫(AlbertAbrabanMichelson,1852-1931)美國(guó)物理學(xué)家。1852年1

2、2月19日出生于普魯士斯特雷諾（現(xiàn)屬波蘭），后隨父母移居美國(guó)，1837年畢業(yè)于美國(guó)海軍學(xué)院，曾任芝加哥大學(xué)教授，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)主席,美國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)；還被選為法國(guó)科學(xué)院院士和倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，1931年5月9日在帕薩迪納逝世。邁克耳孫主要從事光學(xué)和光譜學(xué)方面的研究，他以畢生精力從事光速的精密測(cè)量，在他的有生之年，一直是光速測(cè)定的國(guó)際中心人物。他發(fā)明了一種用以測(cè)定微小長(zhǎng)度、折射率和光波波長(zhǎng)的干涉儀（邁克耳孫干涉儀），在研究光譜線方面起著重要的作用。1887年他與美國(guó)物理學(xué)家E.W.莫雷合作，進(jìn)行了著名的邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)，這是一個(gè)最重大的否定性實(shí)驗(yàn)，它動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。他研制出高分辨率的光

3、譜學(xué)儀器，經(jīng)改進(jìn)的衍射光柵和測(cè)距儀。邁克耳孫首倡用光波波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)，提出在天文學(xué)中利用干涉效應(yīng)的可能性，并且用自己設(shè)計(jì)的星體干涉儀測(cè)量了恒星參宿四的直徑。由于創(chuàng)制了精密的光學(xué)儀器和利用這些儀器所完成的光譜學(xué)和基本度量學(xué)研究，邁克耳孫于1907年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金邁克耳孫邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)?zāi)讓?shí)驗(yàn)(Michelson-Morleyexperiment)是邁克耳孫1881年在他發(fā)明的干涉儀上進(jìn)行的,以后又在1887年與莫雷合作,進(jìn)行了更精密的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?測(cè)量地球相對(duì)于固定不動(dòng)的以太的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及意義實(shí)驗(yàn)結(jié)果及意義:不存在干涉條紋移動(dòng),也就是沒(méi)有觀察到地球相對(duì)于以太運(yùn)動(dòng)。邁克耳孫-莫

4、雷實(shí)驗(yàn)有重大的歷史意義,它是一系列以太漂移實(shí)驗(yàn)中最有影響的一個(gè),它動(dòng)搖了經(jīng)典物理學(xué)的基礎(chǔ)。為了解釋這個(gè)實(shí)驗(yàn)的否定結(jié)果,斐茲杰惹于1889年、洛倫茲于1892年先后提出了長(zhǎng)度收縮假說(shuō),為愛(ài)因斯坦建立狹義相對(duì)論準(zhǔn)備了思想基礎(chǔ)。* *12-5 邁克耳遜干涉儀邁克耳遜干涉儀 (Michelsoninterferometer)一一. 干涉儀結(jié)構(gòu)干涉儀結(jié)構(gòu)二二. 工作原理工作原理光束光束 1 和和 2 發(fā)生干涉發(fā)生干涉S1122d21M ,kkd21222,kkd2102122，）（d22 d加強(qiáng)加強(qiáng)減弱減弱光程差光程差(無(wú)半波損無(wú)半波損)(有半波損有半波損)固定分光板分光板補(bǔ)償板補(bǔ)償板單色平行光單色平行

5、光都都3次經(jīng)過(guò)相同的玻璃板，次經(jīng)過(guò)相同的玻璃板，從而避免產(chǎn)生額外的光程差從而避免產(chǎn)生額外的光程差1880 檢驗(yàn)檢驗(yàn)“以太以太”是否存在是否存在;1907 Nobel physics prize 相當(dāng)于由相當(dāng)于由M1和和M2形成的空氣形成的空氣膜上下兩個(gè)面反射光的光程差。膜上下兩個(gè)面反射光的光程差。2M1M1G2GPL三三. 條紋特點(diǎn)條紋特點(diǎn)等傾條紋等傾條紋圓條紋陷入中心圓條紋陷入中心 圓條紋從中心冒出圓條紋從中心冒出1. 若若 與與 平行平行2M1M且光平行入射且光平行入射, 此時(shí)為等厚條紋此時(shí)為等厚條紋2Nd,kkd212222. 若若 與與 有小夾角有小夾角2M1M 若若 與與 不平行不平

6、行2M1M3. 若若 平移平移 d 時(shí)，干涉條紋移過(guò)時(shí)，干涉條紋移過(guò) N 條，則有條，則有2M 時(shí)間相干性時(shí)間相干性兩光束產(chǎn)生干涉效應(yīng)的最大光程差稱為兩光束產(chǎn)生干涉效應(yīng)的最大光程差稱為相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度, ,與相干長(zhǎng)度與相干長(zhǎng)度 對(duì)應(yīng)的光傳播時(shí)間稱為對(duì)應(yīng)的光傳播時(shí)間稱為相干時(shí)間相干時(shí)間M M1 1和和M M2 2之間的距離超過(guò)之間的距離超過(guò)一定限度以后，干涉現(xiàn)一定限度以后，干涉現(xiàn)象消失。象消失。點(diǎn)光源先后發(fā)出點(diǎn)光源先后發(fā)出的波列是不相干的。當(dāng)一的波列是不相干的。當(dāng)一個(gè)波列被分光板分成兩個(gè)個(gè)波列被分光板分成兩個(gè)兩個(gè)波列后，如果光程差兩個(gè)波列后，如果光程差太大，就不能重疊，不能太大，就不能重疊，不能

7、干涉。干涉。波列長(zhǎng)度波列長(zhǎng)度L L為為相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度因?yàn)椴虚L(zhǎng)度因?yàn)椴虚L(zhǎng)度 ，其中，其中 為發(fā)光持續(xù)時(shí)間，為發(fā)光持續(xù)時(shí)間，c c 為為真空中的光速，所以真空中的光速，所以相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度 L L 也可以用也可以用 來(lái)描述，稱來(lái)描述，稱它為它為相干時(shí)間相干時(shí)間，由它決定的相干性為，由它決定的相干性為時(shí)間相干性時(shí)間相干性。 ctLt t 鈉鈉Na 光，光， 波長(zhǎng)波長(zhǎng)589.6nm，相干長(zhǎng)度，相干長(zhǎng)度 3.4*10-2m氦氖激光氦氖激光 ，波長(zhǎng)，波長(zhǎng)632.8nm，相干長(zhǎng)度，相干長(zhǎng)度 40*102m 0 oII0I0 /2 譜線寬度譜線寬度相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度L 和譜線寬度和譜線寬度之間的關(guān)系為之間

8、的關(guān)系為2L干性越好越大，單色性越好，相越小，LsABC時(shí)間相干性時(shí)間相干性空空間間相相干干性性 時(shí)間相干性時(shí)間相干性 1M2M1G2GES2Maba1a2b1b2光程差光程差L1M2M1G2GES2Maba1a2b1b2光程差光程差LLmax相干長(zhǎng)度相干長(zhǎng)度cLt ; 相干時(shí)間相干時(shí)間只有相遇的光波來(lái)自于同一光波列才滿足光波相干條件只有相遇的光波來(lái)自于同一光波列才滿足光波相干條件.四四. 應(yīng)用應(yīng)用1. 微小位移測(cè)量微小位移測(cè)量2. 測(cè)波長(zhǎng)測(cè)波長(zhǎng)2NdNd2m12103. 測(cè)折射率測(cè)折射率光路光路1中插入介質(zhì)，產(chǎn)生中插入介質(zhì)，產(chǎn)生附加光程差附加光程差：, 由此可測(cè)由此可測(cè) 折射率折射率n 。ln)1(2 lM11n3. 測(cè)折射率測(cè)折射率光路光路1中插入介質(zhì)，產(chǎn)生中插入介質(zhì)，產(chǎn)生附加光程差附加光程差：, 由此可測(cè)由此可測(cè) 折射率折射率n 。ln)1(2 lM11n在邁克爾遜干涉儀的一條光路中，放入