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1、11-1 相干光11-2 杨氏双缝干涉 劳埃德镜11-3 光程 薄膜干涉11-4 劈尖 牛顿环11-5 迈克耳孙干涉仪第十一章 光学 - 光的干涉迈 克 耳 孙迈克耳孙 (Albert Abraban Michelson,18521931) 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，1877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
2、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 ，这是一个最重大的否定性实验，它动 摇了经典物理学的基础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单色光源反 射 镜反射镜一 迈克耳孙干涉仪光路及结构与 成 角补偿板 分光板 移动导轨反 射 镜反射镜
3、单色光源光程差的像当 不垂直于 时，可形成劈尖 型等厚干涉条纹.反 射 镜反射镜单色光源二 迈克耳孙干涉仪的主要特性(1)两相干光束完全分开；(2)两光束的光程差可调.三 迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜1的方法，测长度或波长dk更高级次的环从中心 “涌出”，所有的环都往外扩。dk原最高级次的环向中心“ 缩进”，所有的环都往里缩。明纹暗纹 干涉条纹的移动干涉条纹的移动当 与 之间距离变大时 ，圆形干涉条纹从中心一个个涌出, 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 .三 迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜1的方法，测长度或波长dk 更高级次的
4、环从中心 “涌出”，所有的环都往外扩。dk原最高级次的环向中心“缩 进”，所有的环都往里缩。明纹暗纹干涉 条纹 移动 数目移 动 距 离移动反射镜三 迈克尔孙干涉仪的应用.可用移动反射镜1的方法，测长度或波长在光谱谱学中，应应用精确度极高的近代干涉仪仪可以精确地测测定光谱线谱线 的波长长极其精细结细结 构；在天文学中，利用特种天体干涉仪还仪还 可测测定远远距离星体的直径等。1960年国际计际计 量会议议上,规规定用氪氪-86在液氮温度下的2p10-5d5的橙色光在真空中的波长长 的1,650,763.73 倍做为长为长 度的标标准单单位。使精度提高了两个数量级,由10-7-10-9米。插入介质
5、片后光程差光程差变化干涉条纹移动数目介质片厚度光程差2.可用在光路中加入介质片的方法，测介质片的折射率 或厚度长的玻璃管，其中一个抽成真空， 另 一个则储有压强为 的空气 , 用以测 量空气的折射率 . 设所用光波波长为546nm，实 验时，向真空玻璃管中逐渐充入空气 ，直至压强 达到 为止 . 在此过程中 ，观察到 107.2条干涉条纹的移动，试求空气的折射率 .例 在迈克耳孙干涉仪的两臂中，分别插入解“以太”参考系是 绝对静止系迈克耳孙-莫雷实验GM1M2T设“以太”参考系为 系 实验室为 系: 系相对于 系的速度GM1M2T（从 系看）M1 GG M2G M1G M1 GGM1M2T（从
6、 系看）M2 GG M2 GG M2G M2G M1 G仪器可测量精度实验结果 未观察到地球相对于“以太”的运动. 结论：作为绝对参考系的以太不存在. 以后又有许多人在不同季节、时刻、 方向上反复重做迈克耳孙-莫雷实验近 年来,利用激光使这个实验的精度大为提 高,但结果却没有任何变化迈克耳孙-莫雷 实验测到以太漂移速 度为零,对以太理论 是一个沉重的打击, 被人们称为是笼罩在 19世纪物理学上空的 一朵乌云.例:（3507）如图所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全部浸入n1.60的液体中，凸透镜可沿移动，用波长=500nm的单色光垂直入射从上向下观察，看到中心是一个暗斑，此时凸透镜顶点距平
7、板玻璃的距离最少是 (A) 156.3 nm (B) 148.8 nm(C) 78.1 nm (D) 74.4 nm C 反射光光程差暗纹例:（3507）如图所示，平板玻璃和凸透镜构成牛顿环装置，全部浸入n1.60的液体中，凸透镜可沿移动，用波长=500nm的单色光垂直入射从上向下观察，看到中心是一个暗斑，此时凸透镜顶点距平板玻璃的距离最少是 (A) 156.3 nm (B) 148.8 nm(C) 78.1 nm (D) 74.4 nm C 例:（3190）一个平凸透镜的顶点和一平板玻璃接触，用单色光垂直照射，观察反射光形成的牛顿环，测得中央暗斑外第k个暗环半径为r1现将透镜和玻璃板之间的空
8、气换成某种液体(其折射率小于玻璃的折射率)，第k个暗环的半径变为r2，由此可知该液体的折射率为_ r12/r22 光程差 Rdr暗环半径明环半径明纹暗纹光程差 Rdr暗环半径明环半径明纹暗纹例:（3190）一个平凸透镜的顶点和一平板玻璃接触，用单色光垂直照射，观察反射光形成的牛顿环，测得中央暗斑外第k个暗环半径为r1现将透镜和玻璃板之间的空气换成某种液体(其折射率小于玻璃的折射率)，第k个暗环的半径变为r2，由此可知该液体的折射率为_ r12/r22 例:（5213）用波长为的平行单色光垂直照射图中所示的装置，观察空气薄膜上下表面反射光形成的等厚干涉条纹试在装置图下方的方框内画出相应的干涉条纹
9、，只画暗条纹，表示出它们的形状，条数和疏密光程差明纹暗纹边缘暗环中心明环光程差明纹暗纹边缘暗纹中心明纹例:（3189）用波长为的单色光垂直照射如图所示的牛顿环装置，观察从空气膜上下表面反射的光形成的牛顿环若使平凸透镜慢慢地垂直向上移动，从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中，移过视场中某固定观察点的条纹数目等于_ 2d/明纹暗纹变化，条纹集体移一个间距。空气膜厚度e变化/2，条纹集体移一个间距。空气膜厚度e变化d，移过视场中某固定观察点的条 纹数目应有2d/条。例:（3189）用波长为的单色光垂直照射如图所示的牛顿环装置，观察从空气膜上下表面反射的光形成的牛顿环若使平凸透镜慢慢地垂直向上移动，从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中，移过视场中某固定观察点的条纹数目等于_ 2d/例:（3516）在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长，则薄膜的厚度是 (A) /2 (B) /(2n) (C) /n (D) D插入介质片后光程差光程差变化介质片厚度光程差例:（3516）在迈克耳孙干涉仪的一支光路中，放入一片折射率为n的透明介质薄膜后，测出两束光的光程差的改变量为一个波长，则薄膜的厚度是 (A) /2 (B) /(2n) (C) /n (D) D作业P169: 11-20 11-22 11-23
