迈克尔逊实验总结

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1、一、干涉的分类当满足相干条件——振动方向相同，振动频率相同，有恒定位相差的两束相干光相遇时，将在它们的相遇区域内产生明暗相间的干涉条纹，这个现象叫做光的干涉现象。光的干涉可以分为薄膜干涉和杨氏双缝干涉。　1、薄膜干涉由薄膜产生的干涉。薄膜可以是透明固体、液体或由两块玻璃所夹的气体薄层。入射光经薄膜上表面反射后得第一束光，折射光经薄膜下表面反射，又经上表面折射后得第二束光，这两束光在薄膜的同侧，由同一入射振动分出，是相干光，属分振幅干涉。若光源为扩展光源（面光源），则只能在两相干光束的特定重叠区才能观察到干涉，故属定域干涉。对两表面互相平行的平面薄膜，干涉条纹定域在无

2、穷远，通常借助于会聚透镜在其像方焦面内观察；对楔形薄膜，干涉条纹定域在薄膜附近。薄膜干涉又可以分为等倾干涉和等厚干涉：等厚干涉这是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉。牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉等倾干涉当不同倾角的光入射到折射率均匀，上、下表面平行的薄膜上时，同一倾角的光经上、下表面反射(或折射)后相遇形成同一条干涉条纹，不同的干涉明纹或暗纹对应不同的倾角，这种干涉称做等倾干涉。当光程差为波长整数倍时，形成亮条纹，为半波长奇数倍时是暗条纹。等倾条纹是内疏外密的同心圆环。2、杨氏

3、双缝干涉1801年，英国物理学家托马斯·杨用杨氏双缝干涉实验证明了干涉现象。他让太阳光通过一个小针孔S，然后在距离针孔S相当远的距离处，。通过这再让光通过2个针孔S1及S2。通过这2个针孔S1及S2的球面光波发生干涉，从而在观察屏上形成变化的对称状图样。因为光源太阳非常远，所以入射于S孔的光波波前是平面波前。在这个实验中，一个波前被分为两个波前，从而得到两束干涉光束。如图1，在垂直于纸平面的方向置一小孔S，由一定距离处的单色光源（通常采用钠光灯）照明通过针孔S后的光再通过两针孔S1和S2。S1和S2平行于S，也垂直于纸平面。S1和S2距离约半毫米，并且他们到S的距离

4、相等。由S1和S2辐射的波将在像屏L上出现干涉图样。图1杨氏双缝干涉实验示意图由图中可以看出，该装置的光程差r=r2-r1，可得r=当r=（k=0，1，2……）（1）由（1）式我们可以求得：（k=0，1，2……）（2）由（2）式可以求得相邻明（暗）条纹间距为。所以杨氏双缝实验所成的干涉图像为平行与缝的等亮度，等间距，明暗相间的条纹。当挡住S1和S2任何一个，明暗条纹消失，这证明了光的波动性。因此杨氏双缝干涉实验是光的波动性的结论性证明。如果用太阳光代替单色光，则出现彩色条纹。二、迈克尔逊生平阿尔伯特·亚伯拉罕·（AlbertAbrahanMichelson）,185

5、2年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺（现属波兰）,1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。迈克尔逊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。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（迈克尔逊干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。因发明精密光学仪器和借助这些仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做出的贡献，被授予了1907年度诺贝尔物理学奖。迈克尔逊干涉仪1920年迈克尔逊和天文学家F.G.皮斯合作，把一台20英尺的干涉仪放在100英寸反射望远镜后面，构成了恒星干涉仪，用它测量了恒星参宿四（即

6、猎户座一等变光星）的直径，它的直径相当大，线直径为2.50×108英里，约为太阳直径的300倍。此方法后被用来测定其他恒星的直径。迈克尔逊的第一个重要贡献是发明了迈克尔逊干涉仪，并用它完成了著名的迈克尔逊-莫雷实验。按照经典物理学理论，光乃至一切电磁波必须借助静止的以太来传播。地球的公转产生相对于以太的运动，因而在地球上两个垂直的方向上，光通过同一距离的时间应当不同，这一差异在迈克尔逊干涉仪上应产生0.04个干涉条纹移动。1881年，迈克耳孙在实验中未观察到这种条纹移动。1887年，迈克尔逊和著名化学家莫雷合作，改进了实验装置，使精度达到2.5´10-1

7、0，但仍未发现条纹有任何移动。这次实验的结果暴露了以太理论的缺陷，动摇了经典物理学的基础，为狭义相对论的建立铺平了道路。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长度基准。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。迈克尔逊还运用自己发明的“可见度曲线法”对谱