1、迈克尔逊莫雷实验学习报告
一、实验总结
（1）实验背景：19世纪，认为光的传播介质是“以太”。 把这种无处不在的“以太”看作绝对惯性系, 用实验去验证“以太”的存在就成为许多科学家追求的目标。1887年，阿尔贝特·麦克尔逊(后来成为美国第一个物理诺贝尔奖获得者)和爱德华·莫雷在克里夫兰的卡思应用科学学校进行了非常仔细的实验。伽利略变换定理被大家普遍认可。实验是在这些定理的基础上进行的。
（2）实验目的：测量地球在以太中的速度。
（3）实验原理：既然存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不
2、对光源运动时)。实验中用迈克尔逊干涉仪测量两垂直方向上的光速差值。如果测量结果与利用伽利略变换计算出的速度差值一致，则可验证以太的存在，并且测量地球在以太中的速度。
（4）实验过程：
M2
（图是迈克尔逊干涉仪的光路示意图。）
从半透射镜M反射，光线1的传播方向如图，光的绝对传播速度为c，地球相对以太的速度为v，光MM2的传播速率为，光线1完成来回路程的时间为：
光线2在到达M2和从M2返回的传播速度为不同的，分别为c+v和c–v，完成往返路程所需时间为：
光线2和光线1到达眼睛的光程差为：
在实验中把干涉仪转动90°，光程
3、差可以增加一倍。移动的条纹数为：
实验中用钠光源，l=5.9×10-7ｍ；
地球的轨道运动速率为：v≈10-4c；干涉仪光臂长度为11m，
应该移动的条纹为：DN=2×11×(10-4)2/λ=0.4
干涉仪的灵敏度，可观察到的条纹数为0.01条。但实验结果是几乎没有条纹移动。
（5）实验结论：以太是不存在的。光速与其所在的参照系无关，光速是不变的。伽利略变换并不适用于高速运动的光子。
二、学习总结
（1）知识基础
光的干涉：两列频率相同的光波在空中相遇时发生叠加，在某些区域总加强，在另外一些区域总减弱，出现明暗相间的条纹或者是彩色条纹
光程差：为两束光到达某点的光程之差
4、值。表明干涉条纹性质的量。指由不同点发出的相干光在到达叠合点(承光板)时,两光线行程距离的差数(同一种介质中，对不同的介质还要考虑折射率的影响）。
对于两同相的相干光源发出的两相干光，其干涉条纹的明暗条件便可由两光的光程差Δ决定。
光程差的计算有两项，一项是几何路程差引起的；另一项要考虑反射面情况，当光线从光疏介质射向光密介质时，反射光有半波损失，其他情况都没有。
相差=2π/λ ×光程差（λ为真空中的波长）
迈克尔逊干涉仪原理：它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观察到干
5、涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。
速度的矢量计算：速度是有方向的，速度的矢量计算在高中数学和高中物理中都学过。相对于不同的参照物速度不同，在计算过程中本实验始终以以太为参照物，有这些基础就能理解光在各个方向的速度了。
在同一方向的两束光速度是相同的;光的方向改变，相应的要通过光的绝对速度和地球相对以太的速度求光在这一方向的速度。
高中最经典的例子就是小船过河:水流速度和小船在静水中划行的速度的矢量和是小船的实际速度。
（2）实验中的思考
实验中将光波当做一个粒子来分析运动过程，我们小组觉得是没有根据的。光的本质是电磁波
6、从光的反射和折射上来谈光又有一定的粒子性。可是光和实物是有区别的，它有波的特性，所以把光这一神秘的物质完全看做实物来进行计算总觉得是不对的。
开始了解这个实验的时候存在好多疑问。一开始以为中间的那个东西是一个平面镜，然后又很不理解平面镜周围怎么多束光。后来请教老师才知道那是一个反射半透射镜，可以放射、投射光线。
实验中光相对地球的速度是c（在地球上测得的光的速度），而光在地球上的不同方向运动速度也始终是c。这样地球上同一点不同方向的光速与地球相对以太的速度矢量和必定不同，这样推断出不同方向的光速相对以太的速度大小不同，这样又明显不符合实际，所以我们小组感觉以太的提出是无意义的，假设不成立
7、
因为没有实际操作干涉仪，所以对于将干涉仪转动90°产生的条纹移动现象无法理解。虽然对干涉仪的测量原理有所了解，但是对计算过程还是不能独自计算出来。
（3）小组心得
通过对实验的学习，我们学到了好多东西。出于知识的匮乏，对实验没能研究透彻，但是对实验过程与基础都清楚的了解了。通过这次作业我们觉得受益匪浅，并且学会了独立思考，对于未知的东西我们更能积极地去学。
我们都是理科生，高中物理的基础都还算扎实，可是觉得以前那应付考试的学习都只是练习固定题型。通过对文科物理的学习，我们产生了学习物理的兴趣，解决物理问题不仅需要扎实的基础更需要灵活的思路。对于一个大家公认的“真理”我们要有怀疑的态度。
最后，感谢王永柱老师的耐心教导，我们学到了很多，真心的谢谢老师！
小组成员: A 白野川 1090601074
B 李雪 1090601061
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