空气折射率的测量

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

和

，经它们反

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

射后又汇聚于分光板

动。补偿板

，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

，则光线1

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

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

并不重

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，为波长不同的光折射率不同，由

分光板

不同波长的光所需的不同光程补偿。

就成为必需了。这是因

能同时满足这些

的厚度所导致的光程就会各不一样。补偿板

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。如果干涉为等倾干涉，形成同心圆环状干涉条纹；如果行直线状干涉条纹。

当光束垂直入射至

式中

和

、

镜时，两光束的光程差和

上介质的折射率。

（1-1）

、

、

镜严格垂直，则相应的

镜不是严格垂直，则相应的干涉为等厚干涉，形成平

分别是光路

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：

设单色光在真空中的波长为

，当

，

条，

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

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

，这时对光的折

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”

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

的单位是Pa。不难看出，当温度一定时，空气的压强

时，条纹变化数

与折射率

式中温度的单位是℃，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空变为压强

时，条纹变化数

与压强

之间也是线性关系，因此，当气室由真

，由此可得

之间也是线性关系，因此应有

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p2，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，并求出其标准偏差Sp。

p1。

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p2p1的6次平均值pp

数据及数据处理

.0nm m=40

室温t= 25C大气压p=1.0110Pa L=95mmλ=633

o

5

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：

平均值pp=

0.0430.0420.0440.0440.0430.044

0.043MPa

6

标准偏差Sp

(p

i1

6

p

pi)2

5

8.9104MPa

将平均值代入n1

40

2Lpp

pb1.000313 将Sp代入n11

40pb

1.000306

2L(ppSp)

n

1.0003131.000306

6.997809106

1.000313

n1.0003130.000007

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件；

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

和

，经它们反

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

射后又汇聚于分光板

动。补偿板

，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

，则光线1

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

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

并不重

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，为波长不同的光折射率不同，由

分光板

不同波长的光所需的不同光程补偿。

就成为必需了。这是因

能同时满足这些

的厚度所导致的光程就会各不一样。补偿板

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。如果干涉为等倾干涉，形成同心圆环状干涉条纹；如果行直线状干涉条纹。

当光束垂直入射至

式中

和

、

镜时，两光束的光程差和

上介质的折射率。

（1-1）

、

、

镜严格垂直，则相应的

镜不是严格垂直，则相应的干涉为等厚干涉，形成平

分别是光路

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：

设单色光在真空中的波长为

，当

，

条，

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

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

，这时对光的折

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”

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

的单位是Pa。不难看出，当温度一定时，空气的压强

时，条纹变化数

与折射率

式中温度的单位是℃，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空变为压强

时，条纹变化数

与压强

之间也是线性关系，因此，当气室由真

，由此可得

之间也是线性关系，因此应有

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p2，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，并求出其标准偏差Sp。

p1。

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p2p1的6次平均值pp

数据及数据处理

.0nm m=40

室温t= 25C大气压p=1.0110Pa L=95mmλ=633

o

5

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：

平均值pp=

0.0430.0420.0440.0440.0430.044

0.043MPa

6

标准偏差Sp

(p

i1

6

p

pi)2

5

8.9104MPa

将平均值代入n1

40

2Lpp

pb1.000313 将Sp代入n11

40pb

1.000306

2L(ppSp)

n

1.0003131.000306

6.997809106

1.000313

n1.0003130.000007

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件；