2021-2022学年高二物理竞赛课件：迈克尔逊干涉仪（14张PPT）

1、迈克尔逊干涉仪球投出前结果:观察者先看到投出后的球，后看到投出前的球. 试计算球被投出前后的瞬间，球所发出的光波达到观察者所需要的时间. (根据伽利略变换)球投出后 如何看待这个电磁波和光速呢？由于牛顿定律在人们头脑中的统治地位。人们很自然地要与曾用牛顿定律成功解释过的机械波来类比。机械波电磁波(光）1）依靠弹性媒质传播，其波速由弹性模量和媒质密度决定。如声波在空气中传播2）波速是相对于和静止媒质保持相对静止的参照系的波速。1）依靠弥漫宇宙的“以太”（Aether）传播。C很大，故“以太”应比钢还硬且星体在其中运动时要畅行无阻。2）C是相对“以太”参照系的速度“以太”是宇宙间的绝对静止参照 系

2、。 按照以上分析，Maxwell方程只对绝对静止的“以太”参照系成立，并且依照“GT”，在不同的参照系中应测出不同的光速。这意味着宇宙间存在一特殊的参照系-以太参照系，在这个参照系中光速是C，其它惯性系中将测出不同的光速。 物理学是一门实验的科学。只有用实验证明了这一观点，才能算真正找到了这个绝对静止的参照系。 而且如果真正找到了这个绝对静止的参照系，那么物质世界的图象更清楚了-所有的物质都是在这绝对静止的参照系中作绝对运动。整个宇宙是一个充满“以太”的绝对空间。当时很多科学家都力图证实这个绝对静止 的参照系，但结果大家费了九牛二虎之力，都没有找到，但是却为相对论的产生提供了实验基础。其中最出

3、名的是迈克尔逊-莫雷（Amichelson-Morley）实验。其实验大致思路是：光对以太的速度为C，地球在以太系中运动，依伽俐略速度变换：地球上测出的光速不是C而是另一值。测得为：测得为：正于顺风与顶风骑自行车感觉风速不一样一样。uCuC8Michelson-Morlay 实验（18811887） 当时认为光在“以太”（ether）中以速度c传播。实验目的：干涉仪转90，观测干涉条纹是否移动？实验结果：条纹无移动(零结果)。以太不存在，光速与参考系无关。干涉条纹地球公转设“以太”相对太阳静止。9地球公转干涉仪转90后按照伽利略速度变换，时间间隔变成10干涉仪转90引起时间差的变化为由干涉理论

4、，时间差的变化引起的移动条纹数对于但实验值为与参考系无关。 ，这表明以太不存在，光速 迈克尔逊干涉仪是通过干涉的办法通过干涉条纹的移动来测量光速的。干涉仪是精度很高的仪器但实验结果并没有看到预期的条纹移动。，这一结果只能得出光沿任何方向传播时光速都是一样的结论。这结果正于人们顺风骑自行车与顶风骑自行车时感觉到的风速是相同的一样。不合人们的逻辑，称之为实验的负结果。 这个负结果使人大吃一惊！因为这意味着经典物理学出了问题，意味着绝对时间、绝对空间、伽利略变换等等都不对。意味着人们顶礼模拜的牛顿定律尽然不灵了，就像一朵乌云一样遮住了物理学晴朗的天空。有一部分人不相信实验的真实性，继续改进实验设备作

5、实验。而且春天作了夏天作，秋天作了冬天作；平地作了高山作实验精度越来越高，能作实验的人越来越多，乃至几乎每个大学都能作，但结果仍然一样，地球上的光速与地球速度无关。1887年 1930年1958年1970年 面对这种情况，一些有头脑的科学家进行了各方面的猜测：有人提出光速是相对光源的速度，正如子弹的速度是相对枪口的速度一样，用地球上的光源作实验当然不变。但是这又被天文上的双星实验所否定。 又有人提出，可能是地球拖着“以太”一道运动，地球与以太之间没有相对运动了，当然测不出速度的差别，但是这一想法又被天文上的“光行差实验”所否定。 还有不少解释.但总有矛盾的地方。这样一来经典物理学面临着一埸危机。f双星观测实验：如果光速与光源运动有关，从e点发出的光的光速为 ，从f点发出的光的光速为 。 因星星离我们很远，就可能出现当从e点发出的光到达地球时，f点发出