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2021年迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告 2021年迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告 PAGE / NUMPAGES 2021年迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告 南昌大学物理试验汇报 课程名称: 一般物理试验（2） 试验名称: 空气折射率 学院: 专业班级: 学生姓名: 学号: 试验地点: 座位号: 试验时间: 试验目: 1.深入了解光干涉现象及其形成条件, 掌握迈克耳孙干涉光路原理和调整方法。 2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气折射率。 试验仪器: 迈克耳孙干涉仪、 气室组件、 激光器、 光阑。 试验原理: 迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所表示。其中, G为平板玻璃, 称为分束镜, 它一个表面镀有半反射金属膜, 使光在金属膜处反射光束与透射光束光强基础相等。 M1、 M2为相互垂直平面反射镜, M1、 M2镜面与分束镜G均成450角; M1能够移动, M2固定。表示M2对G金属膜虚像。 从光源S发出一束光, 在分束镜G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镜反射回来再经过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 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, 两束光光程差为 （1） 式中, 和分别是旅程、 上介质折射率。 设单色光在真空中波长为, 当 （2） 时干涉相长, 对应地在接收屏中心总光强为极大。由式（1）知, 两束相干光光程差不仅与几何旅程相关, 还与旅程上介质折射率相关。 当支路上介质折射率改变时, 因光程对应改变而引发干涉条纹改变数为。由（1）式和（2）式可知 （3） 比如: 取和, 若条纹改变, 则能够测得。可见, 测出接收屏上某一处干涉条纹改变数, 就能测出光路中折射率微小改变。 正常状态（）下, 空气对在真空中波长为光折射率, 它与真空折射率之差为。用通常方法不易测出这个折射率差, 而用干涉法能很方便地测量, 且正确度高。 试验装置: 试验装置如图2所表示。用He-Ne激光作光源（He-Ne激光真空波长为）, 并附加小孔光栏H及扩束镜T。扩束镜T能够使激光束扩束。小孔光栏H是为调整光束使之垂直入射在M1、 M2镜上时用。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 O 图2 测量空气折射率试验装置示意图 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（气室内压强靠近于零, 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（通常观察屏中心）条纹改变数为, 则由式（3）可知 （4） 但实际测量时, 气室内压强难以抽到真空, 所以利用（4）式对数据作近似处理所得结果误差较大。应采取下面方法才比较合理。 理论证实, 在温度和湿度一定条件下, 当气压不太大时, 气体折射率改变量与气压改变量成正比: 所以 （5） 将（3）式代入该式, 可得 （6） 式（6）给出了气压为时空气折射率。 可见, 只要测出气室内压强由改变到时条纹改变数, 即可由式（6）计算压强为时空气折射率, 气室内压强无须从0开始。 比如, 取=1.01325×105pa, 改变气压大小, 测定条纹改变数目, 用（6）式就能够求出一个大气压下空气折射率值。 五、 试验步骤: 转动粗动手轮, 将移动镜移动到标尺100cm处; 调整迈克耳孙干涉仪光路, 在投影屏上观察到干涉条纹。 将气室组件放置在导轨上（移动镜前方）, 调整迈克耳孙干涉仪光路, 在投影屏上观察到干涉条纹即可。注意: 因为气室通光墙玻璃可能产生数次反射光点, 可用调动、 镜背后三颗滚花螺钉来判