空气折射率的测量.doc

南昌大学物理实验报告 学生姓名：黄晨 学号：5502211059 专业班级：应用物理111班 班级编号：S008 实验时间：13时00分 第5周 星期一 座位号：03 教师编号： T037 成绩：空气折射率的测量实验目的1掌握迈克尔逊干涉光路的原理和调节方法；2学习一种测量气体折射率的方法。实验原理迈克尔逊干涉仪的原理见图2。光源发出的光束射到分光板上，的后面镀有半透膜，光束在半透膜上反射和透射，被分成光强接近相等、并相互垂直的两束光。这两束光分别射向两平面镜和，经它们反射后又汇聚于分光板，再射到光屏处，从而得到清晰的干涉条纹。平面镜可在光线1的方向上平行移动。补偿板的材料和厚度与相同，也平行于，起着补偿光线2的光程的作用。如果没有，则光线1会三次经过玻璃板，而光线2只能一次经过玻璃板。的存在使得光线1、2由于经过玻璃板而导致的光程相等，从而使光线1、2的光程差只由其它几何路程决定。由于本实验采用相干性很好的激光，故补偿板并不重要。但如果使用的是单色性不好、相干性较差的光，如纳光灯或汞灯，甚至白炽灯，就成为必需了。这是因为波长不同的光折射率不同，由 分光板的厚度所导致的光程就会各不一样。补偿板能同时满足这些不同波长的光所需的不同光程补偿。图2 干涉原理图于是反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉，形成干涉条纹。如果、镜严格垂直，则相应的干涉为等倾干涉，形成同心圆环状干涉条纹；如果、镜不是严格垂直，则相应的干涉为等厚干涉，形成平行直线状干涉条纹。当光束垂直入射至、镜时，两光束的光程差 （1-1）式中和分别是光路和上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为，当，时干涉加强，相应的接收屏中心的光强为极大。由式（1-1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。气室内气体折射率改变量时，两光束的光程差相应改变，为气室的长度。由此引起干涉圆环“涌出”或“缩进”条，则有如果先将玻璃管抽成真空，这时对光的折射率是1，然后缓慢充气，使管内气体的压强到，这时对光的折射率是，这一过程中，折射率改变了，如果相应条纹变化数为，则有 但是由于不可能将玻璃管完全抽成真空，因此若采用此方法做实验，误差就比较大，能达到(大约10)。实验上一般用以下方法测量才比较合理。由于通常情况下，空气的折射率可以用以下公式求出式中温度的单位是，压强的单位是Pa。不难看出，当温度一定时，空气的压强与折射率成线性关系，由上面的分析可知当气室由真空变为压强时，条纹变化数与折射率之间也是线性关系，因此，当气室由真空变为压强时，条纹变化数与压强之间也是线性关系，因此应有，由此可得故 可见只要能测量出管内压强改变时的条纹变化数，就可以计算出压强为时的空气折射率。 实验步骤1、 转动迈克尔逊干涉仪粗动手轮，将移动镜移动到标尺100cm处；按迈克尔逊干涉仪的使用说明调节光路，在投影屏上观察到干涉条纹。2、 将气室组件放置导轨上，按迈克尔逊干涉仪的方法调节光路，在投影屏上干查到干涉条纹即可；注意：由于气室的通光玻璃可能产生多次反射光点，可用调动C，D镜背后的三颗滚花螺钉来判断，光点发生变化即是。3、 将气管与气室组件及数字仪表连好。4、 接通电源，按电源开关，电源指示灯亮，液晶屏显示“.000”。5、 关闭气球上的阀门，鼓气是气压值大于0.09MPa，读出数字仪表的数值，打开阀门，慢慢放气，当移动40个条纹时，记下数字仪表的数值。6、 重复前面5的步骤，一共取六祖数据，求出移动40个条纹所对应的管内压强变化值的6次平均值，并求出其标准偏差。数据及数据处理室温t= 大气压p= L= m= 次数i123456/MPa0.0610.0620.0630.0660.0650.065/MPa0.0180.0200.0190.0220.0220.021/MPa0.0430.0420.0440.0440.04