南昌大學物理實驗報告課程名稱：大學物理實驗實驗名稱：空氣折射率學院：專業班級：學生姓名：學號：實驗地點：座位號：實驗時間:一、實驗目的：1、進一步了解光的干涉現象及其形成條件，掌握邁克爾遜干涉光路的原理和調節方法。2、利用邁克爾遜干涉光路測量常溫下空氣的折射率。二、實驗原理:由圖1可知，邁克耳遜干涉儀中，當光束垂直入射至M「M2鏡面時兩光束的光程差B為:(1)5=2（nL-nL）(1)式中n和n分別是路程L和L上介質的折射率。V"iLi1A旌2L2的設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，會產生相長干涉，相應地在接收屏中心總光強為極大。由式（1）可知，兩束相干光的光程差不單與幾何路程有關，而且與路程上介質的折射率有關。當L支路上介質折射率改變An時，因光程差的相應變化而引起的干涉條紋變化數為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，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折射率差，而用干涉法能很方便地測量，且準確度高。通常在溫度處于15℃?30℃范圍時，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p的單位為Pa。因此，在一定溫度下，（n-1）tP可以看成是壓強p的線性函數。當管內壓強由大氣壓強PA變到0時，折射率由n變到1，若屏上某一點（通常觀察屏的中心）條紋變化數為m，b則由式（3）可知:由式（5由式（5）可知從壓強p變為真空時的條紋變化數m與壓強p的關系也是一線性函數，因而應有由此得代入式（5）得m―1P1m—由此得代入式（5）得m―1P1m—2P2可見，只要測出管內壓強由P變到P時的條紋變化數m1率n，管內壓強不必從0開始。2-m1，即可由式⑻計算出壓強為P時的空氣折射數顯邁克耳遜干涉儀：在邁克耳遜干涉儀的一支光路中加入一個與打氣相連的密封管，其長度為L,如圖2,數字儀表用來測管內氣壓，它的讀數為管內壓強高于室內大氣壓強的差值。在O處用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉條紋。調好光路后，先將密封管充氣，使管內壓強與大氣壓的差大于0.09Mpa,讀出數字儀表數值P1,取對應的m「0。然后微調閥門慢慢放氣，此時在接收屏上會看到條紋移動，當移動60個條紋時，記一次數字儀表數值P2。然后再重復前面的步驟，求出移動60個條紋r;_彘圖2.測空氣折射率光路簡圖所對應的管內壓強的變化值P2-P1的絕對平均值Pp,并求出其標準偏差Sp，代入（8）,得出空氣折射率為,九60n=1十五萬Pb ⑼P式中Pb為實驗時的大氣壓強。三、實驗儀器邁克爾遜干涉儀，氣室組件,激光器，光闌。四、實驗內容和步驟:.轉動粗動手輪，將移動鏡移動到標尺100cm處；調節邁克耳遜干涉儀光路，在投影屏上觀察到干涉條紋；.將氣室組件放置導軌上（移動鏡的前方），調節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生多次反射光點，可用調動M1、M2鏡背后的三顆滾花螺釘來判斷，光點發生變化的即是；.將氣管1一端與氣室組件相連，另一端與數字儀表的出氣孔相連；氣管2與數字儀表的進氣孔相連；.接通電源，按電源開關，電源指示燈亮，液晶屏顯示“.000”；.關閉氣球上的閥門，鼓氣使氣壓值大于0.09Mpa，讀出數字儀表的數值P2，打開閥門，慢慢放氣，當移動60個條紋時，記下數字儀表的數值P1。.重復前面5的步驟，一共取6組數據，求出移動60個條紋所對應的管內壓強的變化值P2-P1的6次平均值Pj并求出其標準偏差S。P五、實驗數據與處理: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平均值標準差：9.389529557代入公式，計算空氣折射率。n=1.000041867733六、思考題：.試驗中怎樣才能觀察到非定域的直條紋和雙曲線條紋？調節U12，使M1和M2成一個小角度，轉動手柄使M1移動接著調節，轉動把手若干圈后，觀察到干涉條紋彎曲，然后會逐漸變直。.M—干涉儀的分束板G1應使反射光和透射光的光強比接近1：1這是為什么？在入射光強為一定值的條件下，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比接近1：1,那么干涉場的襯比度在此時會比其他時候高，因此分束板G1應使反射光和透射光的光強比接近1：1。如何根據等傾干涉條紋來判斷M1和M2"的平行度?如