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1、迈克尔逊干涉仪测量空气折射 率实验报告南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）实验名称：空气折射率学院：专业班级：学生姓名：学号：实验地点：座位号：实验时间：实验目的:1. 进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和 调节方法。2. 利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。二、实验仪器:迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。三、实验原理:迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。其中，G为平板玻璃，称为分束镜， 它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光 强基本相等。M1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角;
2、 M1可以移动，M2固定。叽表示M2对G金属膜的虚像。从光源S发出的一束光，在分束镜 G的半反射面上被分成反射光束 1和透 射光束2。光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过 G;光束2投向 M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。于是，反射光束1与透射光束 2在空间相遇，发生干涉。M 2M图1迈克尔逊干涉仪光路示意图M1、M2镜时，两束由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至 光的光程差为式中，ni和山分别是路程Li、L2上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为，当K , K 0, 1, 2, 3,时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。由式（1 ）知，两束相干光的光程差
3、不但与几何路程有关，还与路程上介质的折射率有关。当Li支路上介质折射率改变 ni时，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的 变化数为N。由（1）式和（2）式可知N52L；（3）例如：取633. 0nm和Li100mm，若条纹变化 N 10，则可以测得n0.0003。可见，测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数N，就能测出光路中折射率的微小变化。正常状态（t150C, P 1.01325 105Pa）下，空气对在真空中波长为633 0nm的光的折射率n 1. 00027652，它与真空折射率之差为 （n 1）2.76510 4。用一般方法不易测出这个折射率差， 而用干涉法能很方便地测量，且准确度高。四、
4、实验装置：实验装置如图2所示。用He-Ne激光作光源（He-Ne激光的真空波长为 633. 0nm），并附加小孔光栏H及扩束镜T。扩束镜T可以使激光束扩束。小孔光栏H是为调节光束使之垂直入射在 M1、M2镜上时用的。另外，为了测 量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室， 其长度为L o气压表用来测量 气室内气压。在O处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。调好光路后，先将气室抽成真空（气室内压强接近于零，折射率n 1 ）,然后再向气室内缓慢充气，此时，在接收屏上看到条纹移动。当气室内压强由0n 1丛2L变到大气压强p时，折射率由1变到n。若屏上某一点（通常观察屏的中心）条 纹变化数为N
5、，则由式（3）可知（4）但实际测量时，气室内压强难以抽到真空，因此利用（4 ）式对数据作近似处理所得结果的误差较大。应采用下面的方法才比较合理。理论证明，在温度和湿度一定的条件下，当气压不太大时，气体折射率的 变化量n与气压的变化量 p成正比:所以n -1 P(5)将（3）式代入该式，可得n 1 N2L| p|(6)式（6）给出了气压为P时的空气折射率n。可见，只要测出气室内压强由P1变化到P2时的条纹变化数N，即可由式（6） 计算压强为P时的空气折射率n，气室内压强不必从0开始。例如，取P=1.01325X 105?改变气压P的大小，测定条纹变 化数目N，用（6）式就可以求出一个大气压下的空
6、气折射率 n的值。五、实验步骤：1. 转动粗动手轮，将移动镜移动到标尺 100cm处；调节迈克耳孙干涉仪光 路，在投影屏上观察到干涉条纹。2. 将气室组件放置在导轨上（移动镜前方），调节迈克耳孙干涉仪的光路， 在投影屏上观察到干涉条纹即可。注意：由于气室的通光墙玻璃可能产生多次 反射光点，可用调动M1、M2镜背后的三颗滚花螺钉来判断，光点发生变化的即 是。3. 将气管1 一端与气室组件相连，另一端与数字仪表的出气孔相连；气管 与数字仪表的进气孔相连。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，鼓气使气压值大于0.09MPa，读出数字仪表的数值P2
7、 , 打开阀门，慢慢放气，当移动 60个条纹时，记下数字仪表的数值 P1。6. 重复前面5的步骤，一共取6组数据，求出移动60个条纹所对应的管内压强的变化值P2Pl的6次平均值pp ,并求出其标准偏差Sp。六、实验数据及数据分析处理：室温 t 15 °C ;大气压 Po 1.01325X 105?_ 95mm;633.Onm; N 60。实验次数123456P1/Mpa0.0940.0930.0980.0960.0940.097P2/Mpa0.0320.0310.0350.0350.0320.036 P/Mpa0.0620.0620.0630.0610.0620.061平均值? 0.618Mpa空气折射率n=1.032774标准差?=0.01184七、注意事项1、点燃激光管需要几千伏直流高压， 调节 时不要碰到激光管上的电极，以免触电。强光还 会灼伤眼睛，注意不要让激光直接射入眼睛。2、不要触摸光学表面。3、防止小气室及气压表摔坏。打气时不要超 过气压表量程。4、实验中必须保持安静，尽量避免在实验台 附近走动。