大學物理實驗報告系列之空氣折射率的測定

1、【實驗名稱】 空氣折射率的測定 【實驗目的】1、了解空氣折射率與壓強的關(guān)系； 2、進一步熟悉邁克爾遜干涉儀的使用規(guī)范；【實驗儀器】 邁克爾遜干涉儀（動鏡：100mm；定鏡：加長）；壓力測定儀；空氣室（L=95mm）；氣囊（1個）；橡膠管（導氣管2根）【實驗原理】1、等傾（薄膜）干涉根據(jù)實驗7“邁克爾遜干涉儀調(diào)節(jié)和使用”可知，(如圖1所示)兩束光到達O點形成的光程差為： =2L2-2L1=2（L2-L1） 若在L2臂上加一個為L的氣室，如圖2所示，則光程差為： =2（L2-L）+2nL-2L1=2（L2-L1）+2(n-1)L （2）保持空間距離L2、L1、L不變，折射率n變化時，則 隨之變化，

2、即條紋級別也隨之變化。（根據(jù)光的干涉明暗條紋形成條件，當光程差=k時為明紋。）以明紋為例有1=2（L2-L1）+2(n1-1)L=k12=2（L2-L1）+2(n2-1)L=k2令：n=n2-n1，m=（k2-k1），將上兩式相減得折射率變化與條紋數(shù)目變化關(guān)系式。2nL=m （3）2、折射率與壓強的關(guān)系若氣室內(nèi)壓強由大氣壓pb變到0時，折射率由n變化到1，屏上某點（觀察屏的中心O點）條紋變化數(shù)為mb，即 n-1=mb/2L （4） 通常在溫度處于1530范圍內(nèi)，空氣折射率可用下式求得： 設(shè)從壓強pb變成真空時，條紋變化數(shù)為mb；從壓強p1變成真空時，條紋變化數(shù)為m1；從壓強p2變成真空時，條紋

3、變化數(shù)為m2；則有根據(jù)等比性質(zhì)，整理得將（4）、（5）整理得式中pb為標況下大氣壓強，將p2p1時，壓強變化記為p（=p1-p2），條紋變化記為m（=m1-m2），則有3、測量公式 其中，=，L=，pb=105Pa； 【實驗內(nèi)容】轉(zhuǎn)動粗動手輪（2），將移動鏡（11）移動到(或直接放置)標尺100Cm處；按本公司邁克耳遜干涉儀的使用說明調(diào)節(jié)光路，在投影屏上觀察到干涉條紋；接通電源，按電源開關(guān)，電源指示燈亮，液晶屏顯示“.000”；關(guān)閉氣球上的閥門，鼓氣使氣壓值大于 Mpa，讀出數(shù)字儀表的數(shù)值 ，打開閥門，慢慢放氣，當移動60個條紋時，記下數(shù)字儀表的數(shù)值 。重復前面5的步驟，一共取6組數(shù)據(jù)，求出移動60個條紋所對應(yīng)的管內(nèi)壓強的變化值 的6次平均值 ，并求出其標準偏差 ?！緮?shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)記錄】n123456 大氣壓為105Pa L=105cm由公式由于 帶入數(shù)據(jù)得：【小結(jié)與討論】計算出了壓強差的標準差，并求出了空氣的折射率。從實驗所得的空氣折射率的實驗數(shù)據(jù)知道空氣的折射率非常接近于1，相差很小很小。思考當光程差增加時，非定域干涉同心圓條紋的粗細和