用迈克尔逊干涉仪测空气折射率(实验) 1

1、用迈克尔逊干涉仪测空气压强对空气折射率的影响实验者： 同组实验者： 指导教师： （班级 学号，联系号； ）【摘要】设计性物理实验是一种不同于传统物理实验教学的模式，它具有很强的灵活多样性，主要以激发学生的求知欲、拓宽其知识面、培养其创新思维能力为目的。我们通过“利用迈克尔逊干涉仪测量空气压强对空气折射率的影响”，得出空气的折射率跟压强的大小有关，空气的折射率会随着压强的变化而变化。【关键词】设计性实验 迈克尔干涉仪 空气压强 空气折射率1、引言迈克尔逊干涉仪在科学技术中和生活中有着重大的应用。很多现象都反映了空气折射率随压强的变化而变化。本文简要介绍我们在迈克尔逊干涉仪上的研究。2、设计原理用

2、迈克耳逊干涉仪、激光激光器、带气压表的“气室”等实验器材，实验基本原理：H小孔光阑 T扩束镜 G1.G2分束镜 M1，M2 反射镜图1 测量空气折射率实验装置示意图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

3、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。当光束垂直入射至M1，M2镜时，两光束的光程差=2（n1L1-n2L2） （1）式中n1和n2分别是路程L1，L2上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为，当=k,k=0,1,2,3,时干涉加强相应的接收屏中心的光强为

4、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。气室内气压改变量P与气体折射率改变量n成正比，则由理想气体状态方程PV=nRT。当n,R，V不变时，P，V成反比，可知V与n的变化成反比；同时光程相应的改变，并引起干涉圆环“涌出”或“缩进”N条，则有n=N/2L （2）根据洛伦兹公式及理想气体状态方程得n的理论公式为n-1/P=n/P=常数 （n-1）V=nV=常数即 n=1+nV/V (3且P/P=V/V （4）（2），（3），（4）联立得 n=1+NP/2LP (P是常压下气室内气体压强三、设计方案1 在光学平台上建立直角坐标系，按设计实验装置示意图

5、摆好光路。打开激光光源，调好同轴等高。2.调节光路，要求M1，M2两镜互相垂直；经过扩束和准直后的光束垂直入射到M1，M2的中心。3测量：（1）将气压计的阀门先打开，使气压表的指针指向零，然后压缩气室，使指针上升，然后立即关闭气阀，防止气体溢出。（2）读出气阀关后气压表上的读数，然后慢慢打开气阀，使指针下降，并且看M1上干涉条纹圈数的变化，记下该圈数，直到指针降到零为止。（3）重复十次（1）,(2的步骤测量相应的值，且每个读数均测三遍，取其平均数。记录在下表中：压强（KPa）N的读数N的平均值折射率的平均百分误差最大百分误差-0.0053%-0.0021%最小百分误差-0.00076%4、实验

6、结果与分析求其百分差：n标准值为1.0002926，实测n 的平均空气折射率为:最大百分误差最小百分误差平均百分误差结论：从百分误差可以得出实际所求的空气折射率与标准折射率之间的关系，百分误差小于10%，可证明该所测实际折射率正确，实验成功。空气折射率n稍大于1。从上面的十组数据可以看出随着P的增加N增加的规律和斜率k.也可以从得出的空气折射率n与P之间的关系：从上图可以看出空气折射率在1.000251.0003之间浮动。随着压强的变动。空气折射率小范围有着变化。误差分析：总结：通过上述的误差分析，我们可知造成本实验的误差主要是随机误差，其中人为因素及环境因素是主要方面。因此在实验过程中如何减少人为的随机误差是实验成功的关键因素！通过实验，我们得出实验过程中应注意的几点：1、在整个实验过程中，应当全神贯注，具备严谨的科学态度。2、测量开始时，我们应该先练习一下打气皮囊的手感，这样在实验的过程中就能够更好地避免打气皮囊使用不当，或用力过猛，或用力不均等。3、测量小气室内的压强值，在读血压计上压强的读数时，我们必须先等小气室内的空气压强稳定不变即血压计上的读数稳定不再变化后再进行读数。同时，通过本实验我们可以得出结论：气体的折射率跟压强的大小有关，气体的折射率会随着压强的变化而变化。与此同时，我们还认识到气体的折射率还与温度存在着一