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1、3.6 迈克尔逊干涉仪,美国物理学家。1852 年12月19日出生于普鲁士斯特雷 诺（现属波兰），后随父母移居美国，1837年毕业于美国海 军学院，曾任芝加哥大学教授，美国科学促进协会主席,美国 科学院院长；还被选为法国科学院院士和伦敦皇家学会会 员，1931年5月9日在帕萨迪纳逝世。 迈克耳孙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（迈克耳孙干涉仪），在研究光谱线方面起着重要的作用。1887年他与美国物理学家E.W.莫雷合作，进行了著名的迈克耳孙-莫雷 实验，这是一个最
2、重大的否定性实验，它动摇了经典物理学的基础。他研制出高分辨率的光谱学仪器，经改进的衍射光栅和测距仪。迈克耳孙首倡用光波波长作为长度基准，提出在天文学中利用干涉效应的可能性，并且用自己设计的星体干涉仪测量了恒星参宿四的直径。 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，迈克耳孙于1907年获诺贝尔物理学奖金。,用迈克耳孙干涉仪测气流,单色光源,反射镜,反射镜,一 迈克耳孙干涉仪,光程差,反射镜,反射镜,单色光源,二 迈克尔孙干涉仪的主要特性,两相干光束在空间完全分开，并可用移动反射镜或在光路中加入介质片的方法改变两光束的光程差.,移动反射镜,干涉条纹的移动,当 与 之间
3、距离变大时 ，圆形干涉条纹从中心一个个长出, 并向外扩张, 干涉条纹变密; 距离变小时，圆形干涉条纹一个个向中心缩进, 干涉条纹变稀 .,插入介质片后光程差,光程差变化,介质片厚度,光程差,三 相干长度,单色点光源中分子或原子的发光是间歇的，而每一列波列是一段有限长L，同一波列分解的两列波在空间相遇时可产生干涉。,两列相干波的最大光程 L，与之相对应的时间t称相干时间，即同一波列分解的两列波到达观察点的时间 t才能产生干涉。,可证明：,可见：波长宽度越小即单色光的单色性越好，相干 长度越大。,第四章 光的衍射,网格衍射,刀片边缘的衍射,圆屏衍射,在欧泊石 的内部，由无数规则的二氧化硅球粒一间隙
4、形成了很多的三维衍射光栅，当光线射入到欧泊石内部时，出现了光线的衍射作用，衍射的角度随波长的变化而变化，从而在不同的角度可见不同的颜色，亦就是所谓的变彩。,4.1 光的衍射 惠更斯-菲涅耳原理,一、 光的衍射现象,波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进这种偏离直线传播的现象称为衍射现象。在衍射现象中，不仅涉及到波的绕弯传播，而且还涉及到波场能量的重新分布,二、 惠更斯-菲涅耳原理,荷兰物理学家、数学家、天文学家。1629年出 生于海牙。1655年获得法学博士学位。1663年成为伦 敦皇家学会的第一位外国会员。 他的重要贡献有： 建立了光的波动学说，打破了当时流行的光的微粒 学说，提
5、出了光波面在媒体中传播的惠更斯原理。 1673年他解决了物理摆的摆动中心问题，测定了重力加速度之值，改进了摆钟，得出了离心力公式，还发明了测微计 他首先发现了双折射光束的偏振性，并用波动观点作了解释。 在天文学方面，他供助自己设计和制造的望远镜于1665年，发现了土星卫星-土卫六，且观察到了土星环。 惠更斯的主要著作是1690年出版的论光，共有22卷。,惠更斯： (ChristianHaygen，16291695),惠更斯-菲涅耳原理：从同一波阵面上各点所发处的子波， 经传播而在空间某点相遇时，也可以 相互叠加而产生干涉现象。,：波阵面上面元 (子波波源),：t时刻波阵面,*,菲涅尔指出 衍射
6、图中的强度分布是因为衍射时，波场中各点的强度由各子波在该点的相干叠加决定.P点振动是各子波在此产生的振动的叠加 .,理论推导表明：,dS在P点的振动为：,S在P点的振动为：,三、 衍射的分类,4.2 单缝的夫琅和费衍射,如图所示，宽为a 的单缝，在光的照射下， 位于单缝所在处的波阵面上的各点的子波向各方向传播，由于透镜会聚于不同点，从而在屏上形成明暗相间的衍射图样。,1、单色光垂直入射,（1）衍射图样的明暗纹条件,P0点：透镜不引起光程差，每一条衍射光线的光程相等，所 以，在该点干涉加强 明纹。 P0称为中央明纹,菲涅尔波带法,半波带法,光强分布,（1）第一暗纹距中心的距离 (屏上明暗纹位置),第一暗纹的衍射角,一定， 越大， 越大，衍射效应越明显.,第一暗纹的衍射角,单缝宽度变化，中央明纹宽度如何变化？,越大， 越大，衍射效应越明显.,入射波长变化，衍射效应如何变化 ?,（4）单缝衍射的动态变化,（3）条纹宽度（相邻两明纹或暗纹的间距）,（5）入射光非垂直入射时光程差的计算,2、白光垂直照射,由于白光是由七种颜色的光复合而成，每一种单色光形成的明暗纹的位置对同一级来说是不同的, 结果使不同波长的光对同一级形成的条纹错开，从而形成关于P0对称的彩色条纹。但对中央明纹来说仍为白色,问题：同一级中，哪一条离中央明 纹远，哪一条近？,
