南昌大學(xué)空氣折射率試驗(yàn)報(bào)告

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：空氣折射率學(xué)院：專業(yè)班級(jí)：學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：座位號(hào)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間:一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、進(jìn)一步了解光的干涉現(xiàn)象及其形成條件，掌握邁克爾遜干涉光路的原理和調(diào)節(jié)方法。2、利用邁克爾遜干涉光路測量常溫下空氣的折射率。二、實(shí)驗(yàn)原理:由圖1可知，邁克耳遜干涉儀中，當(dāng)光束垂直入射至M「M2鏡面時(shí)兩光束的光程差B為:(1)5=2（nL-nL）(1)式中n和n分別是路程L和L上介質(zhì)的折射率。V"iLi1A旌2L2的設(shè)單色光在真空中的波長為為o，圖i.邁克爾遜干涉儀光路簡圖了K=0,1,2(2)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相長干涉，相應(yīng)地在接收屏中心總光強(qiáng)為極大。由式（1）可知，兩束相干光的光程差不單與幾何路程有關(guān)，而且與路程上介質(zhì)的折射率有關(guān)。當(dāng)L支路上介質(zhì)折射率改變An時(shí)，因光程差的相應(yīng)變化而引起的干涉條紋變化數(shù)為AK=m，由式（1）和式（2）1可知由式am入An——01 2L1（3）（3）可知：如測出接收屏上某一處干涉條紋的變化數(shù)m，就能測出光路中折射率的微小變化。例如，在溫度處于15℃時(shí)，尸=1.01325x105Pa,空氣對在真空中波長為633nm的光的折射率n=1.00027652，它與真空折射率之差為An=2.7652x10-4。用一般方法不易測出這個(gè)折射率差，而用干涉法能很方便地測量，且準(zhǔn)確度高。通常在溫度處于15℃?30℃范圍時(shí)，空氣折射率可用下式求得:(n-1(n-1)2.8793PX10-9t，p 1+0.0036711(4)式中溫度t的單位為℃，壓強(qiáng)p的單位為Pa。因此，在一定溫度下，（n-1）tP可以看成是壓強(qiáng)p的線性函數(shù)。當(dāng)管內(nèi)壓強(qiáng)由大氣壓強(qiáng)PA變到0時(shí)，折射率由n變到1，若屏上某一點(diǎn)（通常觀察屏的中心）條紋變化數(shù)為m，b則由式（3）可知:由式（5由式（5）可知從壓強(qiáng)p變?yōu)檎婵諘r(shí)的條紋變化數(shù)m與壓強(qiáng)p的關(guān)系也是一線性函數(shù)，因而應(yīng)有由此得代入式（5）得m―1P1m—由此得代入式（5）得m―1P1m—2P2可見，只要測出管內(nèi)壓強(qiáng)由P變到P時(shí)的條紋變化數(shù)m1率n，管內(nèi)壓強(qiáng)不必從0開始。2-m1，即可由式⑻計(jì)算出壓強(qiáng)為P時(shí)的空氣折射數(shù)顯邁克耳遜干涉儀：在邁克耳遜干涉儀的一支光路中加入一個(gè)與打氣相連的密封管，其長度為L,如圖2,數(shù)字儀表用來測管內(nèi)氣壓，它的讀數(shù)為管內(nèi)壓強(qiáng)高于室內(nèi)大氣壓強(qiáng)的差值。在O處用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉條紋。調(diào)好光路后，先將密封管充氣，使管內(nèi)壓強(qiáng)與大氣壓的差大于0.09Mpa,讀出數(shù)字儀表數(shù)值P1,取對應(yīng)的m「0。然后微調(diào)閥門慢慢放氣，此時(shí)在接收屏上會(huì)看到條紋移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)60個(gè)條紋時(shí)，記一次數(shù)字儀表數(shù)值P2。然后再重復(fù)前面的步驟，求出移動(dòng)60個(gè)條紋r;_彘圖2.測空氣折射率光路簡圖所對應(yīng)的管內(nèi)壓強(qiáng)的變化值P2-P1的絕對平均值Pp,并求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp，代入（8）,得出空氣折射率為,九60n=1十五萬Pb ⑼P式中Pb為實(shí)驗(yàn)時(shí)的大氣壓強(qiáng)。三、實(shí)驗(yàn)儀器邁克爾遜干涉儀，氣室組件,激光器，光闌。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟:.轉(zhuǎn)動(dòng)粗動(dòng)手輪，將移動(dòng)鏡移動(dòng)到標(biāo)尺100cm處；調(diào)節(jié)邁克耳遜干涉儀光路，在投影屏上觀察到干涉條紋；.將氣室組件放置導(dǎo)軌上（移動(dòng)鏡的前方），調(diào)節(jié)邁克耳遜干涉儀的光路，在投影屏上觀察到干涉條紋即可；注意：由于氣室的通光窗玻璃可能產(chǎn)生多次反射光點(diǎn)，可用調(diào)動(dòng)M1、M2鏡背后的三顆滾花螺釘來判斷，光點(diǎn)發(fā)生變化的即是；.將氣管1一端與氣室組件相連，另一端與數(shù)字儀表的出氣孔相連；氣管2與數(shù)字儀表的進(jìn)氣孔相連；.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0.09Mpa，讀出數(shù)字儀表的數(shù)值P2，打開閥門，慢慢放氣，當(dāng)移動(dòng)60個(gè)條紋時(shí)，記下數(shù)字儀表的數(shù)值P1。.重復(fù)前面5的步驟，一共取6組數(shù)據(jù)，求出移動(dòng)60個(gè)條紋所對應(yīng)的管內(nèi)壓強(qiáng)的變化值P2-P1的6次平均值Pj并求出其標(biāo)準(zhǔn)偏差S。P五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與處理:123456p1mmHg120.000131.429137.143171.429120.000137.143P2mmHg468.571497.143508.571525.714485.714508.571p2—P1mmHg348.571365.714371.429354.286365.714371.429平均值P=P2—P1362.857平均值標(biāo)準(zhǔn)差：9.389529557代入公式，計(jì)算空氣折射率。n=1.000041867733六、思考題：.試驗(yàn)中怎樣才能觀察到非定域的直條紋和雙曲線條紋？調(diào)節(jié)U12，使M1和M2成一個(gè)小角度，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄使M1移動(dòng)接著調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)動(dòng)把手若干圈后，觀察到干涉條紋彎曲，然后會(huì)逐漸變直。.M—干涉儀的分束板G1應(yīng)使反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1：1這是為什么？在入射光強(qiáng)為一定值的條件下，為了得到很清晰的干涉圖樣，就要求干涉場的襯比度較高，若反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1：1,那么干涉場的襯比度在此時(shí)會(huì)比其他時(shí)候高，因此分束板G1應(yīng)使反射光和透射光的光強(qiáng)比接近1：1。如何根據(jù)等傾干涉條紋來判斷M1和M2"的平行度?如