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1、WAN-12B型数字空气折射率测量仪一、 前言本仪器隶属物理光学实验范畴，利用迈克耳逊干涉仪的两束相干光在空间各有一段光路是分开的，通过在其中一支光路中放进被研究对象而不影响另一支光路，让学生进一步了解光的干涉现象及其形成条件，以及学习调节光路的方法，同时也为测量空气折射率提供了另一种思路和方法，而采用迈克耳逊干涉仪测量空气折射率，具有设备简单、操作方便等优点。二、 原理由图一可知，迈克耳逊干涉仪中，当光束垂直入射至C、D镜面时两光束的光程差可以表示成 （1-1）式中和分别是路程和上介质的折射率。设单色光在真空中的波长为，当，K=0，1，2 （1-2）时产生相长干涉，相应地在接收屏中心总光强为
2、极大。由式（1-1）可知，两束相干光的光程差不单与几何路程有关，而且与路程上介质的折射率有关。当支路上介质折射率改变时，因光程差的相应变化而引起的干涉条纹变化数为，由式（1-1）和式（1-2）可知 （1-3）由式（1-3）可知：如测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数，就能测出光路中折射率的微小变化。当管内压强由大气压强变到0时，折射率由变到1，若屏上某一点（通常观察屏的中心）条纹变化数为m，则由式（1-3）可知 （1-4）通常在温度处于1530范围时，空气折射率可用下式求得： （1-5）式中温度t的单位为，压强p的单位为Pa。因此，在一定温度下，可以看成是压强p的线性函数。由式（1-4）可知，从
3、压强p变为真空时的条纹变化数m与压强p的关系也是一线性函数，因而应有，由此得 （1-6）代入式（1-4）得 （1-7）可见，只要测出管内压强由变到时的条纹变化数，即可由式（1-7）计算压强为时的空气折射率，管内压强不必从0开始。在迈克耳逊干涉仪的一支光路中加入一个与打气相连的密封管，其长度为L，如图二，数字仪表用来测管内气压，它的读数为管内压强高于室内大气压强的差值。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，先将密封管充气，使管内压强与大气压的差大于0.09 Mpa，读出数字仪表数值，取对应的=0。然后微调阀门慢慢放气，此时在接收屏上会看到条纹移动，当移动60个条纹时，记一次
4、数字仪表数值。然后再重复前面的步骤，求出移动60个条纹所对应的管内压强的变化值的绝对平均值，并求出其标准偏差，代入（1-7），算出空气折射率为 （1-8）式中为实验时的大气压强。三、 性能指标：1. 输入电压：220V50Hz2. 测量范围：00.12MPa（与大气压差）3. 仪器精度：2.5%四、 仪器结构：仪器由气室组件（1）、气管1（2）、数字仪表（3）、气管2（4）等组成，如图三：五、安装步骤：配套使用本公司的迈克耳逊干涉仪，拆下固定镜（14），用2颗M3螺钉将附件长支撑条固定在原安装固定镜（14）的螺孔内，再将拆下的固定镜（14）安装在附件长支撑条上。六、实验步骤：1. 转动粗动手轮
5、（2），将移动镜（11）移动到标尺100Cm处；按本公司迈克耳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（移动镜的前方），按本公司迈克耳逊干涉仪的方法调节光路，在投影屏上观察到干涉条纹即可；注意：由于气室的通光窗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2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0.09 Mpa，读出数字仪表的数值，打开阀门，慢慢放气，当移
6、动60个条纹时，记下数字仪表的数值。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的6次平均值，并求出其标准偏差。七、数据记录与处理：室温；大气压Pa；L=95 Cm；nm；m=60。i123456平均值Mpa。代入公式，计算空气折射率。八、注意事项：激光属强光，会灼伤眼睛，注意不要让激光直接照射眼睛。九、仪器的保管和维护：1. 鼓气阀门不要用力旋转，以免损坏；2. 仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内，防止震动。3. 光学零件不用时，应存放在清洁的干燥盆内，以防发霉。镜片一般不允许擦拭，必要擦拭时，须先用备件毛刷，小心掸去灰尘，再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚混合液轻拭。十、主机、附件、包装箱清单：1. 气室组件 1套2. 数字仪表 1台3. 气管1 1根4. 气管2 1根5. 长支撑条 1根6. M3螺钉 4颗7. 保险丝管 2颗8. 镜头毛刷 1只9. 干燥剂 1袋10. 检验合格证 1份11. 使用说明书 1份十一、思考题：1. 实验中充气后，在放气的同时可看到在屏上某一点处有条纹移过，这表明在该点处的光强是怎样变化的？2. 能否对其他气体物质进行测量？维修记录：日期检修记录处理结果维修员14