文档介绍：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:
,掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。
。
实验仪器:
迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。
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;M1可以移动,M2固定。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。
O

图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图
激光S
G
1
2
由图1可知,迈克尔逊干涉仪中,当光束垂直入射至M1、M2镜时,两束光的光程差为
(1)
式中,和分别是路程、上介质的折射率。
设单色光在真空中的波长为,当
(2)
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不但与几何路程有关,还与路程上介质的折射率有关。
当支路上介质折射率改变时,因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为。由(1)式和(2)式可知
(3)
例如:取和,若条纹变化,则可以测得。可见,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。
正常状态()下,空气对在真空中波长为的光的折射率,它与真空折射率之差为。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。
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),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。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。
O
图2 测量空气折射率实验装置示意图
激光器
G
气压表
H
T
L
气
室
打气球
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),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0变到大气压强时,折射率由1变到。若屏上某一点(通常观察屏的中心)条纹变化数为,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与气压的变化量成正比:
所以
(5)
将(3)式代入该式,可得
(6)
式(6)给出了气压为时的空气折射率。
可见,只要测出气室内压强由变化到时的条纹变化数,即可由式(6)计算压强为时的空气折射率,气室内压强不