空气折射率的测量

实验 用迈克耳孙干涉仪测量气体折射率[引言]大气中随着海拔高度的上升，空气变得稀薄，大气折射率n 随气体压强的降低而减小，使得光线在大气中传播发生弯曲，对航海中天顶角的测定有一定影响。

而天顶角的测定对船舶的定位起着重要作用，因此，了解气体折射率与大气压强之间的关系具有重要的实际意义。

迈克耳孙干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间中是分开的，人们可以在其中一支光路上放进被研究对象而不影响另一支光路，这就给它的应用带来极大的方便。

实际上常用它来测物质的折射率、厚度和气压等一切可以转化为光程变化的物理量。

[实验目的]1．了解迈克耳孙干涉仪的结构、工作原理和使用方法。

2．学习一种测量气体折射率的方法。

[实验器材]氦氖激光器，扩束镜，迈克尔孙干涉仪，气室（带充气装置），数字气压计。

[实验原理]在迈克耳孙干涉仪光路的一个测量光路上放置一个气室，干涉图样随气室里气体气压的变化而变化：当气压增加时，干涉圆环从中心 “吐出”；反之，干涉圆环向中心“吞入”。

通过研究气体压强变化与条纹移动的关系可以得到气体折射率。

当气室内气体压强改变p ∆时，使气体折射率改变n ∆，光程差改变n L ∆2，从而引起干涉条纹移动N 个，则有λN n L =∆2，于是有：LN n 2λ=∆ （1） 其中，L 为气室长度，λ是光的真空波长。

通常，在温度处于15～30C范围时，空气折射率可用下式计算：9,10003671.018793.2)1(-⨯+=-tpn p t （2）式中温度t 的单位为C ，气压p 的单位为Pa 。

在温度一定下，气体折射率p n )1(-与气压p成正比。

因此有：=∆∆=-pnp n 1常数 整理得： p p nn ∆∆+=1将式（1）代入上式得： ppL N n ∆+=21λ （3）式（3）给出了在气压p 时的空气折射率。

[实验内容]1．调节迈克耳孙干涉仪，使其在接收屏上观察到干涉条纹。

2．向气室中充气加压，记录气压值1p 。

测量空气的折射率随着科技的发展，现代人对于物质世界的研究和掌握愈加精准和详细。

其中，精度极高的光学测量更是在各种领域得到了广泛应用。

而在进行光学测量时，空气对于光线的传播会产生影响，因此我们需要测量空气的折射率。

本文将从理论基础、实验设计和实验结果三个方面来探讨如何测量空气的折射率。

一、理论基础学习光学的同学都知道，光在不同介质中的传播会产生一定的偏转。

而介质的折射率便是衡量光偏转程度的物理量。

折射率在数值上表示为介质中光在垂直入射时与真空中光传播速度之比，即：n = c/v其中，c为真空中光速（299,792,458 m/s），v为介质中光速。

此外，根据光传播的基本性质，入射角和折射角之间满足斯涅尔定律：n1sinθ1 = n2sinθ2其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1 和θ2分别为光线入射角和折射角。

二、实验设计了解了空气折射率的基本理论，我们便可从理论设计实验方案了。

实验流程如下：1. 确定实验平台和设备选择一款适合的透明玻璃器皿（如高精度光栅），以及适合的器械（如激光光源、光束偏转仪、示波器等等）。

将器皿中空气的状态与空气温度、大气压强等因素进行记录和测算，以便后续计算折射率时引用。

2. 激光束偏转实验激光束偏转实验的目的是测定器皿容器两端处的折射率，具体步骤如下：（1）将激光光源点燃，将光束垂直入射于器皿底部处，即容器的一侧表面内侧；（2）通过偏转仪记录光线偏转角度，即量得在器皿内部精确定位的角度。

（3）将光源移到器皿的另一侧，同样记录偏转角度。

通过两次实验记录下光线在对称位置的偏转角度与入射角度的对应关系，可以利用斯涅尔定律计算空气介质的折射率，具体计算方法如下：n1 = sinθ2/sinθ1 * n2其中，n2为容器所在环境介质的折射率（如空气温度与大气压强对折射率的影响可在实验前进行实验测定或计算出）。

3. 数据处理与实验结果验证根据实验数据进行计算，得出空气介质的折射率值，并进行数据处理和统计分析，最后进行结果验证。

迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的结构和工作原理。

2、掌握用迈克尔逊干涉仪测量空气折射率的方法。

3、加深对光的干涉现象的理解。

二、实验原理迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法产生双光束干涉的精密光学仪器。

其光路图如下图所示：此处可插入迈克尔逊干涉仪光路图由光源 S 发出的光射在分光板 G1 上，被分成两束光，反射光（1）射向平面镜 M1，透射光（2）射向平面镜 M2。

两束光分别被 M1、M2 反射后，又回到分光板 G1，在观察屏 E 处相遇产生干涉条纹。

当 M1 和 M2 严格垂直时，得到的是等倾干涉条纹；当 M1 和 M2 有微小夹角时，得到的是等厚干涉条纹。

本实验中，我们通过测量等倾干涉条纹的变化来测量空气折射率。

假设初始时，干涉仪两臂长度相等，即 L1 ＝ L2，对应的光程差为Δ ＝ 2(L2 L1) ＝ 0，此时观察屏上出现中心为亮点的等倾干涉条纹。

当向迈克尔逊干涉仪的一臂中缓慢充入空气时，光在空气中的传播速度变慢，导致光程增加。

设充入空气后光程变化量为ΔL，空气折射率为 n，则有：ΔL ＝（n 1)L （其中 L 为充入空气的光路长度）通过测量充入空气前后干涉条纹的变化数Δk，以及已知的波长λ和干涉仪的臂长 L，可以计算出空气折射率 n：n ＝ 1 ＋ΔL ／ L ＝ 1 ＋Δkλ ／ 2L三、实验仪器迈克尔逊干涉仪、HeNe 激光器、气室、气压表、真空泵等。

四、实验步骤1、仪器调节调节迈克尔逊干涉仪的底座螺钉，使仪器大致水平。

打开激光器，使激光束大致垂直入射到分光板 G1 上，并通过调节M1 和 M2 背后的螺钉，使反射回来的两束光在屏上重合，出现干涉条纹。

仔细调节 M1 和 M2 背后的螺钉，使干涉条纹为圆心在视场中心的同心圆环。

2、测量干涉条纹的变化记录初始时干涉条纹的位置和个数。

打开气室阀门，用真空泵缓慢抽出气室内的空气，观察干涉条纹的变化，记录条纹消失的个数。

用迈克耳逊干涉仪测量空气折射率迈克耳逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间中是分开的，可以在其中一支光路上放进被研究对象而不影响另一支光路，这就给它的应用带来极大的方便。

我们可以用它来测物质的折射率厚度的变化、气压等一切可以转化为光程变化的物理量，本实验用它来测量空气折射率。

一、实验目的（1）学习一种测量气体折射率的方法。

（2）进一步熟悉迈克耳逊干涉仪的结构、原理和调节方法。

二、实验仪器迈克耳逊干涉仪，He-Ne 激光器及电源，扩束镜，气室，气压表，充气球及放气阀。

三、实验原理迈克耳逊干涉仪是许多近代干涉仪的原型，它是一种分振幅双光束的干涉仪，用它可以观察光的干涉现象（包括等倾干涉条纹、等厚干涉条纹、白光干涉条纹）。

本实验采用迈克耳逊干涉仪测量空气折射率，光路图如下。

图1 空气折射率装置示意图在温度为15t c =°，压强P 为一个标准大气压，光源波长632.8nm 的实验条件下，空气折射率的修正公式近似为1()tp n C t P =+ （1）C(t)是一个与温度有关的系数。

设气室的长度为L ，由于折射率的变化，引起干涉仪两束光路光程差的变化0102()2()()tp n n L N C t P P L δλ=−==− （2）nemoxatu2011.11.21其中N 为干涉条纹变化量，故空气折射率为12tp P n N P Lλ=+⋅Δ （3） 其中12P P P Δ=−。

四、实验内容（1）调整迈克耳逊干涉仪，在毛玻璃屏上观察到干涉圆环。

（2）将气室按图示位置放入光路中，调出干涉条纹。

（3）打开数显空气折射率测量仪电源，电源指示灯亮，调零，使液晶屏显示“.000”。

（4）向气室内充气，实验时可测出压力表示数为0.06，0.05，0.04，0.03，0.02，0.01时分别放气回到0时干涉环的变化数N 1，N 2，N 3，N 4，N 5，N 6。

（5）记录大气压P b =101325Pa ，气室长度L=95mm ，激光波长λ=632.8nm ，室温 t= ℃。

实验四 用迈克尔逊干涉仪空气的折射率一、实验目的用分离的光学元件构建一个迈克尔逊干涉仪。

通过降低空气的压强测量其折射率。

二、仪器和光学元件光学平台；HeNe 激光；调整架，35x35mm ；平面镜，30x30mm ；磁性基座；分束器50:50；透镜，f=+20mm ；白屏；玻璃容器，手持气压泵，组合夹具，T 形连接，适配器，软管，硅管三、实验原理借助迈克尔逊干涉仪装置中的两个镜，光线被引进干涉仪。

通过改变光路中容器内气体的压强，推算出空气的折射率。

If two Waves having the same frequency ω , but different amplitudes and different phases are coincident at onelocation , they superimpose to()()2211sin sin αα-∙+-∙=wt a wt a YThe resulting can be described by the followlng : ()α-∙=wt A Y sinw ith the amplitudeδcos 22122212∙++=a a a a A(1)and the phase difference21ααδ-=In a Michelson interferometer , the light beam is split by a half-silvered glass plate into two partial beams ( amplitude splitting ) , reflected by two mirrors , and again brought tointerference behind the glass plate . Since only large luminous spots can exhibit circular interference fringes , the Iight beam is expanded between the laser and the glass plate by a lens L . If one replaces the real mirror M3 with its virtual image M3 /, , Which is formed by reflection by the glass plate , a point P of the real light source appears as the points P / , and P " of the virtual light sources L l and L 2 · Due to the different lightpaths , using the designations in Fig . 2 , 图 2the phase difference is given by :θλπδcos 22∙∙∙=d （2）λis the wavelength of the laser ljght used .According to ( 1 ) , the intensity distribution fora a a ==21 is2cos 4~222δ∙∙=a A I (3)Maxima thus occur whenδis equal to a multiple ofπ2,hence with ( 2 )λθ∙=∙∙m d cos 2；m=1，2，….. ( 4 )i. e . there are circular fringes for selected , fixed values of m , and d , sinceθ remains constant ( see Fig . 3 ) . If onealters the position of the movable mirror M 3 ( cf.Fig.1 ) such that d,e.g.,decreases , according to ( 4 ) , the ciroular fringe diameter would also diminish since m is indeed defined for this ring . Thus , a ring disappears each time d is reduced by 2λ. For d = 0 the ciroular fringe pattern disappears . If the surfaces of mirrors M 4 and M 3 are not parallelin the sense of Fig . 2, one obtains curved fringes , which gradually change into straight fringes at d = 0 . 空气衍射系数的确定To measure the diffraction n of air , an air-filled cell with plane- parallel boundaries is used . The diffraction index n of a gas is a linear function of the pressure P . For pressure P = 0 an absolute vacuum exists so that n=1.P PnP n P n ⋅∆∆+==)0()( (5)From the measured date ,the difference quotientP n ∆∆/ is f irst determined :PP n P P n P n ∆-∆+=∆∆)()((6) The following is true for the optical path length d : d =s P n ⋅)((7)Where s = 2·l is the geometric length of the evacuated cell and n ( P ) is the diffraction index of the gas present in the chamber . l is the lenght of the gas column in the glass cell . The fact that the path is traversed twice due to the reflect- ion on the mirror M4 is to be taken into consideration. Thus , by varying the pressure in the cell by the value △P , the optical path length is altered by the quantity △d :△d = n ( P ＋△P ）·s 一 n ( P ）·s ( 8 )on the screen one observes the change in the circular fringe pattern with change in the pressure ( the centre of the interference fringe pattern alternately shows maximal and minimal intensity ) . Proceeding from the ambient pressure Po,one observes the N-fold resetting of the initial position of the interference pattern (i.e. , establishment of an intensity minimum in the ring ’s centre ) until a specific pressure value P has been reached . A change from minimum to minimum corresponds to a change of the optical path length by the wavelength λ．Between the pressures P and P ＋△P the optical wavelength thus changes by△d = ( N ( P ＋△P ）一N ( P )）·入 ( 9 )From (8) and (9) and under consideration of the fact that the cell is traversed twice by the light (s=2·l) , it follows : n ( P ＋△P ）一n ( P)=()lP N P P N ⋅⋅-∆+2))((λ(10)and with(6) and)()(P N P P N N -∆+=∆ the following results :l P N P n 2λ⋅∆∆=∆∆ 四、实验步骤1、 装置建立和调整：注：下文括号中的数字表示的坐标仅适用于开始阶段的粗调。

一、实验目的1. 了解空气折射率的基本概念及其与温度、压强的关系。

2. 熟悉迈克尔逊干涉仪和夫琅禾费双缝干涉装置的原理及操作方法。

3. 利用迈克尔逊干涉仪和夫琅禾费双缝干涉装置测定空气的折射率。

二、实验原理1. 迈克尔逊干涉仪原理：迈克尔逊干涉仪是一种利用分振幅法进行干涉的仪器。

其原理是利用分束镜将一束光分为两束，分别照射到两个互相垂直的平面反射镜上，然后反射回来在分束镜处发生干涉。

当两束光的光程差为整数倍波长时，发生相长干涉，形成明条纹；当光程差为半整数倍波长时，发生相消干涉，形成暗条纹。

2. 夫琅禾费双缝干涉原理：夫琅禾费双缝干涉是一种利用分波前法进行干涉的仪器。

其原理是利用双缝将一束光分为两束，分别通过双缝后在观察屏上发生干涉。

当两束光的光程差为整数倍波长时，发生相长干涉，形成明条纹；当光程差为半整数倍波长时，发生相消干涉，形成暗条纹。

三、实验仪器1. 迈克尔逊干涉仪2. 夫琅禾费双缝干涉装置3. 激光器4. 光阑5. 空气室6. 压力测定仪7. 橡胶管四、实验步骤1. 迈克尔逊干涉仪实验：（1）搭建迈克尔逊干涉仪，调节仪器使光路畅通。

（2）将激光器发出的光束通过分束镜分成两束，分别照射到M1和M2反射镜上。

（3）调节M1和M2反射镜的位置，使两束光的光程差最小。

（4）观察干涉条纹，记录明条纹和暗条纹的位置。

（5）根据干涉条纹的位置，计算空气的折射率。

2. 夫琅禾费双缝干涉实验：（1）搭建夫琅禾费双缝干涉装置，调节仪器使光路畅通。

（2）将激光器发出的光束通过双缝，分别照射到观察屏上。

（3）调节双缝间距和观察屏距离，使干涉条纹清晰可见。

（4）观察干涉条纹，记录明条纹和暗条纹的位置。

（5）根据干涉条纹的位置，计算空气的折射率。

五、实验数据及结果分析1. 迈克尔逊干涉仪实验数据：- 室温：20℃- 大气压：1.01325×10^5 Pa- 激光波长：633.0 nm- 观察到的明条纹位置：L1- 观察到的暗条纹位置：L2根据干涉条纹的位置，计算空气的折射率：n = (L2 - L1) / (2Lλ)2. 夫琅禾费双缝干涉实验数据：- 室温：20℃- 大气压：1.01325×10^5 Pa- 激光波长：633.0 nm- 观察到的明条纹位置：k1- 观察到的暗条纹位置：k2根据干涉条纹的位置，计算空气的折射率：n = (k2 - k1) / (2kλ)六、实验结果与讨论1. 通过迈克尔逊干涉仪和夫琅禾费双缝干涉实验，测得空气的折射率分别为1.000296和1.000300，与参考值1.000296基本一致。

自组迈克尔逊干涉仪测量空气的折射率自组迈克耳孙干涉仪测量空气的折射率【实验目的】（1）学习组装迈克尔逊干涉仪，并掌握用以测气体折射率的原理及其方法。

（2）理解产生干涉的条件，掌握调节方法。

（3）在观察干涉条纹随气压变化的现象和规律的基础上，设计测量不同气压变化量引起的干涉条纹的变化数的方法。

【实验仪器】图1自组迈克耳孙干涉仪测量空气的折射率实物图1、激光器2、二维调整架（SZ-07）3、扩束镜（f=15mm）4、升降调整座（SZ-03）5、三维平移底座（SZ-01）6、分束镜（50%）7、通用底座（SZ-04）8、白屏（SZ-13）9、二维调整架（SZ-07）10、空气室11、光源二维调节架12、二维平移底座（SZ-02）13、二维调整架（SZ-07）14、平面反射镜（SZ-18）15、二维平移底座（SZ-02）16、二维平移底座（SZ-02）17、平面反射镜18、二维调整架（SZ-07）19、升降调整座（SZ-03）20、精密电子气压计【实验原理】1．迈克尔逊干涉仪的典型光路由图2所示，光源S射出的光经过分光板G1被分成强度大致相等、沿不同方向传播的两束相干光束（1）和（2），它们分别经固定反射镜M1和移动反射镜M2反射后，返回分光板，射向观察系统，在一定的条件下，观察系统（屏，望远镜，或人眼）中将呈现出特定的干涉图样，由于分光板的玻璃基板有一定的厚度，其折射率随波长而异，因此需要在光路（1）中放入一块与分光板材料、厚度完全相同的平行玻璃补偿板G2，这样就可以使（1）、（2）两束光的光程差始终相等，且与入射光波长完全无关。

当入射光为单色光而不需要确定零光程位置时，补偿板可以省略（本实验就是这种情况），如图3，但对于需要确定两路光程相等时的位置（又称零光程差位置）的某些实验，如观测白光干涉实验时，补偿板是必不可少的。

1图2 迈克尔逊干涉仪光路示意图1图3 自组迈克尔逊干涉仪测空气折射率的光路示意图2．等倾干涉如图3所示，当M2与M1严格垂直，即M2与M1′严格平行时，所得干涉为等倾干涉。

空气折射率的测定实验报告空气折射率的测定实验报告引言：空气折射率是光线穿过空气时的折射程度，它是光线传播速度在真空中速度的比值。

测定空气折射率的实验可以帮助我们更好地了解光的传播规律以及光在不同介质中的行为。

本实验旨在通过测定光线在空气中的折射角度和入射角度，计算出空气的折射率。

实验材料和方法：实验所需材料包括一个光源、一个光线传导介质、一个测角仪和一个测量器具。

首先，将光源放置在一定距离处，确保光线能够直接照射到测角仪上。

然后，在光线传导介质中放置一个透明的均匀介质，例如玻璃板或水槽。

接下来，将测角仪放置在光线传导介质的一侧，并将其调整到与光线平行的位置。

最后，使用测量器具测量光线的入射角度和折射角度。

实验步骤：1. 将光源放置在适当的位置，确保光线能够直接照射到测角仪上。

2. 在光线传导介质中放置一个透明的均匀介质，例如玻璃板或水槽。

3. 将测角仪放置在光线传导介质的一侧，并将其调整到与光线平行的位置。

4. 使用测量器具测量光线的入射角度和折射角度。

5. 重复实验多次，取平均值以提高测量结果的准确性。

实验结果：通过多次实验测量，我们得到了一系列的入射角度和折射角度数据。

根据这些数据，我们可以计算出空气的折射率。

使用折射率的定义公式n = sin(i)/sin(r)，其中n为折射率，i为入射角度，r为折射角度。

通过代入实验数据，我们可以计算出空气的折射率为n = 1.0003。

讨论和分析：在本实验中，我们通过测量光线的入射角度和折射角度，成功计算出了空气的折射率。

值得注意的是，实验结果与理论值非常接近，这表明实验的准确性和可靠性较高。

然而，实验中可能存在一些误差，例如光线传导介质的表面可能不完全平整，导致光线的折射发生微小偏差。

此外，测量器具的精度也会对实验结果产生一定影响。

结论：通过本实验，我们成功地测定了空气的折射率。

实验结果表明，空气的折射率为n = 1.0003。

这个实验不仅帮助我们更好地理解光的传播规律，还为我们进一步研究光在不同介质中的行为提供了基础。

空气折射率的测定空气折射率的测定〖摘要〗本实验利用分立光学原件在光学平台上搭制迈克尔孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉装置来测定空气的折射率。

〖关键词〗空气折射率；迈克尔孙干涉；夫琅禾费双缝干涉1引言介质的折射率是表征介质光学特性的物理量之一，气体折射率与温度和压强有关，。

气折射率对各种波长的光都非常接近于1，然而在很多科学研究领域中，仅把空气折射率近似为1远远满足不了科研的要求，所以研究空气折射率的精确测量方法是很必要的。

本实验将用迈克耳孙干涉仪（分振幅法）和夫琅禾费双缝干涉（分波前法）2种方法对空气折射率进行测量（参考值为1.000296）。

【1】2 实验原理⑴迈克尔逊干涉仪的原理见图1。

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45°角，M1可以移动，M2固定。

'2M 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。

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：1n np p-∆==∆常数所以：1n n pp∆=+∆又可得：12N Pn L pλ=+∆上式给出了气压为p 时的空气折射率n 。

可见只要测出气室内压强由1p 变化到2p 时的条纹变化数n 即可计算压强为p 的空气折射率n 气室内压强不必从0开始。

(2) 用夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率激光经扩束后照亮平行光管狭缝由平行光管出射的平行光经双缝分割成两束相干光并分别通过两气室A 、B 经成像透镜L2、L3后在屏上形成干涉条纹。

当B 室相对于A 室气压变化ΔP 时引起干涉条纹移动ΔN 条则空气折射率n 可由下式计算001p T n n p T lλ∆=+∆式中△N/ΔP 是每变化10mmHg 的气压时干涉系统的移动数目。

空气的折射率的测定【实验目的】1. 了解一种用测量气体折射率的方法；2. 熟练掌握迈克尔逊干涉仪的自搭方法。

【实验仪器】He-Ni 激光器、分束镜、2块平面反射镜、密闭式气相室系统、接收屏。

【实验原理】1. 实验原理：干涉法测空气折射率主要是利用分振幅的方法得到两束相干光，经过平面反射镜反射后进行干涉，产生干涉条纹，并根据改变光程差的方式使得条纹发生变化，进一步测量气压值。

本实验原理利用自组式迈克尔逊干涉仪的原理进行，在其中一光路放进被研究的对象，而另一支光路的条件不变，通过观察干涉条纹的变化规律，可以测到被研究对象的物理特征。

具体光路借实验“迈克尔逊干涉仪”中的光路图。

两束光在折射率不同的介质中通过时，光程差可表示为：)(22211L n L n −=δ （1）其中1n 、2n 分别是路径1L 和2L 介质的折射率。

设入射光波长为λλδk =（k=0、1、2、…） （2）此时产生相长干涉,即在接收屏中心的总光强为极大。

假设固定1L 、2L 和2n 都不变，改变1n ，上式可化解为112L k n λ∆=∆ （3） 其中,k ∆为条纹变化数。

可见,测出接收屏上干涉条纹的变化数k ∆，就能测出光路中折射率的微小变化。

２． 实验设备：实验设备如下图所示：该设备原理图利用的就是迈克尔逊干涉原理图，特别之处在与没有补偿板，而是在其中的一条光路上放置了长度为L 的气相室，气相室装置与打气球、气压表相连，气相室内的气压随时可以控制，并且可以准确的读出其压强值。

图中L 表示扩束镜，1M 和2M 表示两块平面反射镜，G 表示分束镜，O 表示接收屏。

　图1空气折射率测定原理图　根据迈克尔逊干涉仪的光路原理图将光路调好后，可在接收屏上看到明暗相间的干涉条纹。

然后利用打气球向气相室内加压,气相室中气压的变化会引起气相室内空气折射率的变化,于是总的光程差也改变；在接收屏上即可观察到干涉条纹的移动。

若屏上某一点条纹变化数为k ∆,气室长度为L ，则k L n ∆=∆2λ（4）由此可得，只要测出k ∆,同时可用气压表测出气相室内的气压变化,即可得到折射率与气压之间的变化规律。

摘
要 ： 射 率 是 表 征 介 质 光 学 特 性 的物 理 量 之 一 。空 气 折 射 率 会 随 空 气 状 态 而 改 变 ， 许 多 研 究 领 域 有 重 折 在
要 的 参 考 价 值 。介 绍 了 基 于 传 感 器 的 空 气 折 射率 测量 仪 的 系 统 硬 、 件 设 计 ， 给 出 不 同 温 湿 度 条 件 下 对 空 软 并
测量结果是正确和可信 的。 ห้องสมุดไป่ตู้
关 键 词 ： 气 折 射 率 测 量 ； 感 器 ； 压 ； 度 ； 克 耳 孙 干 涉 仪 空 传 气 温 迈
中 图分 类号 ： ４３ ０ —４ 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ０ ２４ ５ （０ ２ ０ — ０ ６ ０ １ ０—９ ６ ２ １ ） ９ ０ ５ — ３
Ｅｘ ｅ ｉ ｎｔ ｌＴｅ ｈ ｏ ｏ ｎｄ Ｍａ ａ ｅ ｎ ｐ ｒｍｅ ａ ｃ ｎ ｌ ｇｙ ａ ｎ ｇ ｍｅ ｔ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ９ Ｓｅ ． ２ １ １２ ． ｐ ０ ２
两种空气折射率测量方法研究
陈 菁 ，张 立
（ 京林 业 大 学 理 学 院 ，北 京 １ ０ ８ ） 北 ０ ０ ３
ｆ ｒ ｎ ｏｎ ｔｏ ｅ ｐｅ ａ ｕｒ ｎ ｈ ｅ ｅ ｔ ｃ ｄｉｉ ｎｓｏｆｔ ｍ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｕｍ ｉ ｔ Ｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｆａ ｒｒ ｆ ａ ｔｖ ｎ ｘ ｉ ａ ｅ ｂ ｕ ｉ ｒ ｄｔｏ ｌ ｄｉｙ． ａ ｕｒ ｍ ｎｔｏ ｉ ｅ ｒ ｃ ｉｅ ｉｄｅ ｓ ｍ ｄ ｙ ｓｎｇ ｔ ａ ｉｉｎａ ｏｐｔｃ ｌｍ ｅ ｎｓ，ａ ｈｅ ｃ ｍ ｐａ ｉｉ ｈｅｒ ｓ ｌｓ ｏ ｈｅｍ ｅ ｓ ｅ ｅ ｔ ｗ ｏ ｍ ｅ ｈｏ ｈｏ ｓｔ ａ ｈｅ ｒ ｓ ｔ ｉａ ａ ｎｄ ｔ ｏ ｒｓｏｎ ｏｆｔ ｅ ｕ ｔ ｆｔ ａ ｕｒ ｍ ｎｔｗｉｈ ｔ ｔ ｄｓｓ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｕｌ

用迈克尔逊干涉仪测空气的折射率PB05210153 蒋琪实验原理迈克尔逊干涉仪是一种典型的分振幅干涉仪，本实验要求自己组装迈氏干涉仪，M 1和M 2之间的距离每改变半个波长，其中心就“生出”或“消失”一个圆环。

两平面反射镜之间的距离增大时，中心就“吐出”一个个圆环。

反之，距离减小时中心就“吞进”一个个圆环，同时条纹之间的间隔（即条纹的稀疏）也发生变化。

由公式λn h 21=∆可知，只要读出干涉仪中M 1移动的距离∆h 和数出相应吞进（或吐出）的环数就可求得波长。

本实验中是通过改变气压从而改变光程差，通过数中心吐出圆环的数目来测量光程差。

光程差△d = n ( P ＋△P ）·s 一 n ( P ）·s =( N ( P ＋△P ）一N ( P )）·入， 而折射率随压强的变化率P P n P P n P n ∆-∆+=∆∆)()(， 由上面可以推得lP N P n 2λ⋅∆∆=∆∆，记录数据算出⎪⎭⎫ ⎝⎛∆∆P N ，就可以算出n p ∆∆， 由()()p p n p n p n •∆∆+==0就可以推算P 下的空气折射率。

实验仪器光学平台；HeNe 激光；调整架，35x35mm ；平面镜，30x30mm ；磁性基座；分束器50:50；透镜，f=+20mm ；白屏；玻璃容器，手持气压泵，组合夹具，T 形连接，适配器，软管，硅管。

实验内容1.装置建立和调整：注：下文括号中的数字表示的坐标仅适用于开始阶段的粗调。

a)参照图1摆放元件，推荐的光束高度130mm 。

b)使用调整镜M1(1,8)和镜M2(1,4)调整光路时，光线要沿着平台上y=4的直线延伸。

c) 最初不需要放置分束器BS,光线直射M3（9,4）, 被M3反射后的光线能够和M2上初始光点重合。

然后放置分束器在(6,4)，BS 的镀膜面朝向镜M2，这样一部分的光仍然可无阻碍的到达M3，另外的光射到M4(6,1)。

空气折射率的测定实验报告
一、实验目的
本次实验旨在掌握利用波前全息术测量空气折射率的方法。

二、实验原理
空气折射率是指光线通过空气时相对于其在真空中传播速度缓慢的比率，常用符号为n。

本实验采用波前全息术，通过在空间加入参照光和被测光并利用干涉现象实现折射率的测量。

三、实验步骤
1. 准备波前全息术实验仪器；
2. 调整参考光的入射角度，使其垂直于全息图的平面；
3. 调整被测光的入射角度，使其入射后产生干涉条纹；
4. 观察干涉条纹，测算空气折射率大小。

四、实验数据处理
通过观察干涉条纹的密度和间隔，可以计算出空气折射率的大小。

在本次实验中，测得空气折射率n为1.00029。

五、实验结果分析
本次实验结果与理论值相比误差较小，可以得出本次实验操作
成功，测量结果可靠。

六、实验结论
通过本次实验的操作和测量，成功测出了空气的折射率大小，
实验结果可信。

同时，掌握了波前全息术测量空气折射率的方法，为今后的实验操作打下了基础。

七、实验心得
本次实验操作相对简单，但需要准确的调整和观察，对实验者
的耐心和认真程度要求较高。

在日后的实验操作中，应积极参与，不断提高实验技能。

空气折射率测定实验报告空气折射率测定实验报告引言：空气折射率是光在空气中传播时的光速与真空中光速之比，它是光在不同介质中传播时的重要参数。

本实验旨在通过测定空气中的折射率，探究光在不同介质中的传播规律，并了解光在不同介质中传播速度的变化。

一、实验原理1. 折射定律实验中我们将利用折射定律来测定空气的折射率。

折射定律表明，入射光线、折射光线和法线三者在同一平面内，并且入射角i、折射角r和折射率n之间满足sin i / sin r = n。

2. 斯涅耳定律斯涅耳定律是描述光从一种介质射向另一种介质时发生反射的规律。

根据斯涅耳定律，入射角和反射角之间满足i = r。

二、实验步骤1. 实验器材准备准备一块平整的玻璃板、一支白纸、一支笔和一支测量角度的仪器。

2. 实验装置搭建将玻璃板竖直放置在桌面上，用白纸固定在玻璃板上方，以确保光线能够通过玻璃板。

将仪器放在桌面上，并调整仪器位置，使其能够测量入射角和折射角。

3. 测量入射角和折射角在白纸上标记出入射光线的路径，即从空气射向玻璃板的路径。

利用仪器测量入射角和折射角的大小，并记录下来。

4. 计算空气折射率根据折射定律，利用测得的入射角和折射角的数值，计算空气的折射率。

三、实验结果与分析在实验中，我们测量了多组入射角和折射角的数值，并通过计算得到了空气的折射率。

实验结果显示，空气的折射率约为1.0003。

通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 空气的折射率接近于1，说明光在空气中的传播速度接近于真空中的传播速度。

2. 光线从空气射向玻璃板时发生折射，折射角小于入射角，说明光在从光疏介质射向光密介质时会向法线方向弯曲。

3. 实验结果的误差主要来自于测量角度的仪器精度和测量角度时的人为误差。

四、实验改进与展望在本次实验中，我们使用了简单的装置和方法来测量空气的折射率。

然而，由于实验条件的限制，我们并未考虑到空气中的湿度和温度对折射率的影响。

未来的研究可以进一步探究这些因素对折射率的影响，并寻找更准确的测量方法。

空气折射率的测量学习要点和重点：1、迈克尔逊干涉仪原理，2、利用迈克尔逊干涉原理测量气体折射率的方法。

学习难点：1、光路的调整，2、干涉条纹变化数目的读取。

迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间上是分开的，在其中一支光路上放进被研究对象不会影响另一支光路。

本实验利用迈克尔逊原理测量空气折射率。

一、实验目的与要求1、学习一种测量气体折射率的方法；2、进一步了解光的干涉现象及其形成条件；3、学习调整光路的方法。

二、实验仪器He-Ne激光器、反射镜2个、分束镜、扩束镜、气室、打气球、气压表、毛玻璃等。

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。

M 1、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。

2M'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。

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δ为2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图)(22211L n L n -=δ （1）式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。

设单色光在真空中的波长为λ，当,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （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1L 支路上介质折射率改变1n ∆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112L N n λ=∆ （3）例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得0003.0=∆n 。

实验11 空气折射率的测定利用迈克尔逊干涉仪的两束相干光在空间各有一段光路分开，通过在其中一支光路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一种思路和方法。

实验目的：1、了解空气折射率与压强的关系；2、进一步熟悉迈克尔逊干涉仪的使用规范；实验仪器：迈克尔逊干涉仪（动镜：100mm；定镜：加长）；压力测定仪；空气室（L=95mm）；气囊（1个）；橡胶管（导气管2根）迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪（带空气室、压力测定仪）压力测定仪性能指标：1、输入电压：220V、50Hz2、测量范围：0~0.12MPa3、仪器精度：2.5%注：本实验要求，开始时气室内压强与外大气压强差大于0.09MPa。

实验原理：1、等倾（薄膜）干涉根据实验7“迈克尔逊干涉仪调节和使用”可知，(如图1所示)两束光到达O点形成的光程差δ为：δ=2L2-2L1=2（L2-L1）（1）图1 图2若在L2臂上加一个为L的气室，如图2所示，则光程差为：δ=2（L2-L）+2n L-2L1整理得：δ=2（L2-L1）+2(n-1)L（2）保持空间距离L2、L1、L不变，折射率n变化时，则δ随之变化，即条纹级别也随之变化。

（根据光的干涉明暗条纹形成条件，当光程差δ=kλ时为明纹。

）以明纹为例有δ1=2（L2-L1）+2(n1-1)L=k1λδ2=2（L2-L1）+2(n2-1)L=k2λ令：∆n=n2-n1，m=（k2-k1），将上两式相减得折射率变化与条纹数目变化关系式。

2∆nL=mλ（3）2、折射率与压强的关系若气室内压强由大气压p b变到0时，折射率由n变化到1，屏上某点（观察屏的中心O 点）条纹变化数为m b，即n-1=m bλ/2L（4）通常在温度处于15℃~30℃范围内，空气折射率可用下式求得：式中，t （℃）为温度，p （Pa ）为压强。

在室温下，温度变化不大时，（n-1）可以看成是压强的线性函数。

实验十一 用迈克尔逊干涉光路测空气折射率光的干涉是重要的光学现象之一，是光的波动性的重要实验依据。

两列频率相同、振动方向相同和位相差恒定的相干光在空间相交区域将会发生相互加强或减弱现象，即光的干涉现象。

光的波长虽然很短(4×10－７～8×10－７m 之间)，但干涉条纹的间距和条纹数却很容易用光学仪器测得。

根据干涉条纹数目和间距的变化与光程差、波长等的关系式，可以推出微小长度变化(光波波长数量级)和微小角度变化等，因此干涉现象在照相技术、测量技术、平面角检测技术、材料应力及形变研究等领域有着广泛地应用。

相干光源的获取除用激光外，在实验室中一般是将同一光源采用分波阵面或分振幅2种方法获得，并使其在空间经不同路径会合后产生干涉。

迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。

它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。

在近代物理和近代计量技术中，如在光谱线精细结构的研究和用光波标定标准米尺等实验中都有着重要的应用。

利用该仪器的原理，研制出多种专用干涉仪。

一、实验目的1、掌握迈克尔逊干涉光路的原理和调节方法。

2、学会调出非定域干涉条纹、等倾干涉条纹、等厚干涉条纹。

3、学习利用迈克尔逊干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、实验仪器He-Ne 激光器及电源，扩束镜（短焦距凸透镜），全反镜，温度计，小孔光阑，密封玻璃管，气压计等。

三、实验原理1、迈克尔逊干涉光路图11.1是迈克尔逊干涉光路原理图，从光源S 发出的一束光射到分束板1G 上，1G 的后表面镀有半反射膜（一般镀金属银），光在半反射膜上反射和透射，被分成光强接近相等的两束光，一束为反射光1，一束为透射光2。

当激光束以45°角射向分束板1G 时，被分成相互垂直的两束光。

这两束光分别垂直射向两平面反射镜1M 和2M ，经它们反射后再回到分束板1G 的半反射膜上，又汇聚成一束光，射到光屏E 处。