迈克尔逊干涉仪测空气折射率

1、迈克尔逊干涉仪测空气折射率摘要：1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，设计制造了世界上第一台测量精密仪器的干涉仪迈克尔逊干涉仪。用迈克尔逊干涉仪测量空气的折射率，并对空气折射率随压强变化的情况进行研究。根据测得的数据和理论公式算出空气折射率，为研究空气折射率随压强变化规律而提供理论依据。关键词：迈克尔逊干涉仪 压强 折射率Abstract：In 1883 American physicist Michelson and Daryl Morey cooperation, design and manufacture the worlds first measurement precision

2、 instrument interferometer - Michelson interferometer. Refractometer measurement of air rate using Michelson interferometer, and the refractive index of air pressure change case study. According to the measured data and the theoretical formula of calculating the air refractive index changes with the

3、 pressure, and provide theoretical basis for the study of the refractive index of air.Key Word：Michelson interferometer Pressure Refractive index一引言迈克尔逊干涉仪可用于观察光的干涉现象，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。二.实验原理迈克尔逊干涉仪的原理见下图。光源S发出的光束射到分光板G1上，G1的后面镀有半透膜，光束在半透膜上反射和透射，被分成

4、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M1和M2，经它们反射后又汇聚于分光板G1， 再射到光屏E处，从而得到清晰的干涉条纹。平面镜M1可在光线1的方向上平行移动。补偿板G2的材料和厚度与G1相同，也平行于G1，起着补偿光线2的光程的作用。如果没有G2，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。G2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G2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，G2就成为必需了。这是因为波长不同的光折射率不同

5、，由分光板G1的厚度所导致的光程就会各不一样。补偿板G2能同时满足这些不同波长的光所需的不同光程补偿。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）根据洛伦兹力公式及理想气体状态方程得n的理论公式n-1/P=n/P=常数，联立得：n=1+NP/2LP(P是常压下气室内气体压强)如图所示：H小孔光阑 T扩束镜 G1.G2分束镜 M1，M2 反射镜图 测量空气折射率实验装置示意图三实验步骤1 安装固件：熟读光学实验常用仪器部分迈克尔逊干涉仪的调节使用说明,并按此调节好，在光学平台上建立直角坐标系，按设计实验装置示意图摆好光

6、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 将空气室放在导轨上，观察干涉条纹（观察到条纹即可进行下面测量）；4 关闭气囊阀门，向气室充气；使气压值大于 0.090MPa，读出选压仪表数值，记为p2 ；打开气囊阀门，慢慢放气，使条纹慢慢变化，当改变m条时（实验要求m20），读出选压器数值，记为p1 ；5 重复第4步，共取 10组数据；6 用游标卡尺测量空气室的长度，重复测量10次，得出10个数据。四.注意事项1、激光属强光，注意不要让激光直接照射眼睛；2、充气阀门不要用力旋转，以免损坏；3、不得用手直接接触光学元

7、件;五.实验数据记录标准大气压强：101325Pa =632.8nm L=80mm次数i12345678910压强P24.528.531.032.034.035.036.037.037.538.0圆环条数N18.221.824.125.026.927.928.929.930.430.8空气折射率n1.0002981.0003071.0003121.0003131.0003171.0003191.0003221.0003241.0003251.000326六.结果讨论分析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

8、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。七.总结研究了用迈克尔逊干涉仪测空气折射率的方法和装置,该方法采用干涉测量技术，省去了测量过程中用于抽气的真空泵、真空规、阀门等设备，而且避免了测量过程中由于抽气过程给测量带来的干扰。通过本次实验,证实了该方法的可行性，实验反应了空气折射率与压强呈线性关系。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。参考文献：竺江峰,芦立娟,鲁晓东大学物理实验.中国科学技术出版社.2005.9:212219刘振飞、童明薇 大学物理实验 重庆大学出版社 1991、9杜林义 大学物理实验教程中国科技大学出版社 2002戴建明,王法远,谢宇,从守民,刘建军,李光源;