迈克尔逊干涉仪相关课后问题.docVIP

等倾干涉的极大、极小条件 光程差? kλ 干涉极大 光程差? （k+1/2）λ 干涉极小 λ为波长 2.条纹特征 圆型同心条纹，且越靠近中心的干涉条纹的条纹间距越大，即条纹中稀外密。 3．相关历史 迈克尔逊是美国物理学家。他创造的迈克耳逊干涉仪对光学和近代物理学是一巨大的贡献。它不但可用来测定微小长度、折射率和光波波长等，也是现代光学仪器如傅立叶光谱仪等仪器的重要组成部分。他与美国化学家莫雷（1838～1923年）在1887年利用这种干涉仪，作了著名的“迈克耳逊—莫雷实验，这一实验结果否定了以太的存在，从而奠定了相对论的实验基础。1926相关历史年用多面旋镜法比较精密地测定了光的速度。 1887年，迈克尔逊和莫雷用迈克尔逊干涉仪来测量地球相对于以太的运动，也就是企图证明“以太风”和以太的存在。迈克尔逊——莫雷实验是根据光在以太中的运动和船在流水中的运动的相似性设计出来的。在他们的实验设计中，固定在实验室中的仪器装置仿佛是“河岸”，漂移着的“以太风”类似于“河流”，相对于以太以恒定速率传播的光相当于以恒速在水中运动的“小船”，光对以太的漂移相当于船对水的漂流。具体地，因为水有流速，小船在河道来回横渡一定距离所需的时间和顺着河道上下往返同一距离所需的时间并不相等，它们有一时间差。据此，迈克尔逊认为光在干涉仪的垂直臂上往复运动所花的时间相当于小船在河道上来回横渡所需的时间，光在其水平臂上往复运动所花的时间则相当于顺着河道上下往返所需的时间，同样的计算，它们当然也是不相等的。把迈克尔逊干涉仪的两臂转动90度，它们的时间差增加一倍。有时间差就有光程差，就会引起干涉条纹的移动。迈克尔逊——莫雷试验的具体计算表明，转动90度后，屏幕上的干涉条纹会移动0.4个。但实验结果是没有条纹移动的“零结果”。瑞利勋爵和开尔文勋爵认识到这个实验的重要性，一再鼓励和催促他进一步重做这个实验，洛仑兹还具体提出了改进实验的意见。于是，他们对仪器进行了很多改进。考虑到地球的运动对光线路径的影响，改为经过八次来回反射，使光路长达十一米；将仪器的光学部分改装在很重的大石板上，再把石板浮于水银面上，使它可绕中心轴自由转动，从而使实验的精确度得到了很的大提高。在1887年7月，终于完成了这一举世闻名的实验。但干涉条纹依然没有任何移动，即使以后多次重复试验也是如此。人们迫不得已，只好否定了“以太风”和以太的存在。为了解释这个“零结果”，人们绞尽脑汁，假设了一个在运动方向长度收缩的洛仑兹变换，狭义相对论也由此应运而生。迈克尔逊对实验的结果大失所望，他称自己的实验是一次“失败”。迈克尔逊为实验的失败感到泄气，没有继续做这个实验，放弃了在实验报告中许下的诺言：每五天进行六小时测量，连续重复三个月，以便消除所有的不确定性等等。而把干涉仪用于其他方面去了。迈克尔逊并不认为自己的实验结果有什么重要意义。说起迈克尔逊试验，具有一定的戏剧性。本来他认为这个试验有把握证明以太的存在，但没想到弄巧成拙事与愿违。迈克尔逊是一个以太论者，他设计的试验就是为了证实以太的存在的。可惜机关算尽太聪明，反误了以太性命。实际上迈克尔逊试验机关并没有算尽，还有以太传光似光纤算漏了。他也隐隐约约知道什么地方有问题，所以他至死还念念不忘“可爱的以太”。直到晚年，他亲自对爱因斯坦说，对自己的实验引出了相对论这样一个“怪物”，实在是有点懊悔。以太论者设计证明以太存在的试验最终却否定了自己的以太，对当时的迈克尔逊来说，这不能说不是一种绝妙的讽刺。这一实验被认为是否定了电磁理论所要求的菲涅耳的静止以太说，使电磁学的基础受到了冲击。实验结果使洛仑兹极为困惑，正是在这样的背景下，为了挽救以太理论，他提出了长度收缩假设。洛仑兹为以太的否定而郁郁不乐，直到晚年，他还认为以太是具有一定优点的概念。洛仑兹对迈克尔逊莫雷实验疑虑重重，一再追问： “在迈克尔逊先生的实验中，迄今还会有一些仍被看漏的地方吗”？是的，洛仑兹说对了，确实有一个地方搞错了。如果站在以太传光似光纤的观点立场上，迈克尔逊——莫雷的实验结果正好是没有干涉条纹的移动。下面加以详细论述。 人们普遍认为：固体永远是固体，流体永远是流体。但是这个成见对波的传播来说并不成立。波实际上是由一种往复振动形成的。往复振动时，物体的受力是交变的，当交变力的频率太快，介质向一个方向受力运动后，几乎马上又要受同样大的力向相反方向运动，介质因惯性的缘故根本就来不及作这样的运动。于是，流体介质的流动象固体分子一样只在平衡位置振动而传播波。此时介质的流动性自动消失了，波在介质中的传播就变成像在固体中传播一样。波在固体中的传播速度就要比在液体中快得多。例如，通常情况下，声音在水中的传播速度为1450米/秒，但20年前人们惊奇地发现，当超声波频率达到几个T（1T 10^12）赫兹时，这一频率