2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：邁克爾遜干涉儀（14張PPT）

1、邁克爾遜干涉儀球投出前結(jié)果:觀察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 試計(jì)算球被投出前后的瞬間，球所發(fā)出的光波達(dá)到觀察者所需要的時(shí)間. (根據(jù)伽利略變換)球投出后 如何看待這個(gè)電磁波和光速呢？由于牛頓定律在人們頭腦中的統(tǒng)治地位。人們很自然地要與曾用牛頓定律成功解釋過的機(jī)械波來類比。機(jī)械波電磁波(光）1）依靠彈性媒質(zhì)傳播，其波速由彈性模量和媒質(zhì)密度決定。如聲波在空氣中傳播2）波速是相對(duì)于和靜止媒質(zhì)保持相對(duì)靜止的參照系的波速。1）依靠彌漫宇宙的“以太”（Aether）傳播。C很大，故“以太”應(yīng)比鋼還硬且星體在其中運(yùn)動(dòng)時(shí)要暢行無阻。2）C是相對(duì)“以太”參照系的速度“以太”是宇宙間的絕對(duì)靜止參照 系

2、。 按照以上分析，Maxwell方程只對(duì)絕對(duì)靜止的“以太”參照系成立，并且依照“GT”，在不同的參照系中應(yīng)測(cè)出不同的光速。這意味著宇宙間存在一特殊的參照系-以太參照系，在這個(gè)參照系中光速是C，其它慣性系中將測(cè)出不同的光速。 物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)的科學(xué)。只有用實(shí)驗(yàn)證明了這一觀點(diǎn)，才能算真正找到了這個(gè)絕對(duì)靜止的參照系。 而且如果真正找到了這個(gè)絕對(duì)靜止的參照系，那么物質(zhì)世界的圖象更清楚了-所有的物質(zhì)都是在這絕對(duì)靜止的參照系中作絕對(duì)運(yùn)動(dòng)。整個(gè)宇宙是一個(gè)充滿“以太”的絕對(duì)空間。當(dāng)時(shí)很多科學(xué)家都力圖證實(shí)這個(gè)絕對(duì)靜止 的參照系，但結(jié)果大家費(fèi)了九牛二虎之力，都沒有找到，但是卻為相對(duì)論的產(chǎn)生提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。其中最出

3、名的是邁克爾遜-莫雷（Amichelson-Morley）實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)大致思路是：光對(duì)以太的速度為C，地球在以太系中運(yùn)動(dòng)，依伽俐略速度變換：地球上測(cè)出的光速不是C而是另一值。測(cè)得為：測(cè)得為：正于順風(fēng)與頂風(fēng)騎自行車感覺風(fēng)速不一樣一樣。uCuC8Michelson-Morlay 實(shí)驗(yàn)（18811887） 當(dāng)時(shí)認(rèn)為光在“以太”（ether）中以速度c傳播。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模焊缮鎯x轉(zhuǎn)90，觀測(cè)干涉條紋是否移動(dòng)？實(shí)驗(yàn)結(jié)果：條紋無移動(dòng)(零結(jié)果)。以太不存在，光速與參考系無關(guān)。干涉條紋地球公轉(zhuǎn)設(shè)“以太”相對(duì)太陽靜止。9地球公轉(zhuǎn)干涉儀轉(zhuǎn)90后按照伽利略速度變換，時(shí)間間隔變成10干涉儀轉(zhuǎn)90引起時(shí)間差的變化為由干涉理論

4、，時(shí)間差的變化引起的移動(dòng)條紋數(shù)對(duì)于但實(shí)驗(yàn)值為與參考系無關(guān)。 ，這表明以太不存在，光速 邁克爾遜干涉儀是通過干涉的辦法通過干涉條紋的移動(dòng)來測(cè)量光速的。干涉儀是精度很高的儀器但實(shí)驗(yàn)結(jié)果并沒有看到預(yù)期的條紋移動(dòng)。，這一結(jié)果只能得出光沿任何方向傳播時(shí)光速都是一樣的結(jié)論。這結(jié)果正于人們順風(fēng)騎自行車與頂風(fēng)騎自行車時(shí)感覺到的風(fēng)速是相同的一樣。不合人們的邏輯，稱之為實(shí)驗(yàn)的負(fù)結(jié)果。 這個(gè)負(fù)結(jié)果使人大吃一驚！因?yàn)檫@意味著經(jīng)典物理學(xué)出了問題，意味著絕對(duì)時(shí)間、絕對(duì)空間、伽利略變換等等都不對(duì)。意味著人們頂禮模拜的牛頓定律盡然不靈了，就像一朵烏云一樣遮住了物理學(xué)晴朗的天空。有一部分人不相信實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備作

5、實(shí)驗(yàn)。而且春天作了夏天作，秋天作了冬天作；平地作了高山作實(shí)驗(yàn)精度越來越高，能作實(shí)驗(yàn)的人越來越多，乃至幾乎每個(gè)大學(xué)都能作，但結(jié)果仍然一樣，地球上的光速與地球速度無關(guān)。1887年 1930年1958年1970年 面對(duì)這種情況，一些有頭腦的科學(xué)家進(jìn)行了各方面的猜測(cè)：有人提出光速是相對(duì)光源的速度，正如子彈的速度是相對(duì)槍口的速度一樣，用地球上的光源作實(shí)驗(yàn)當(dāng)然不變。但是這又被天文上的雙星實(shí)驗(yàn)所否定。 又有人提出，可能是地球拖著“以太”一道運(yùn)動(dòng)，地球與以太之間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)了，當(dāng)然測(cè)不出速度的差別，但是這一想法又被天文上的“光行差實(shí)驗(yàn)”所否定。 還有不少解釋.但總有矛盾的地方。這樣一來經(jīng)典物理學(xué)面臨著一埸危機(jī)。f雙星觀測(cè)實(shí)驗(yàn)：如果光速與光源運(yùn)動(dòng)有關(guān)，從e點(diǎn)發(fā)出的光的光速為 ，從f點(diǎn)發(fā)出的光的光速為 。 因星星離我們很遠(yuǎn)，就可能出現(xiàn)當(dāng)從e點(diǎn)發(fā)出的光到達(dá)地球時(shí)，f點(diǎn)發(fā)出