[实验报告]两种光路测空气折射率

迈克尔逊干涉仪测空气的折射率赵龙宇 PB06005068一、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 one location , 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 amplitude δcos 22122212•++=a a a a A (1)and the phase difference 21ααδ-=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 broughtto interference behind the glass plate . Sinceonly large luminous spots can exhibit circularinterference fringes , the Iight beam isexpanded 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 light paths ,using the designations in Fig . 2 , 图 2 the phase difference is given by : θλπδcos 22•••=d （2）λis the wavelength of the laser ljght used . According to ( 1 ) , the intensity distribution for a a a ==21 is2cos 4~222δ••=a A I (3)Maxima thus occur when δis equal to a multiple of π2,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 , since θ remains constant ( see Fig . 3 ) . If one alters 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 parallel in 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 P n P n P n ⋅∆∆+==)0()( (5)From the measured date ,the difference quotient P n ∆∆/ is first determined : P P 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 —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)—N ( P ))·λ ( 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 ）—n ( P)=()l P N P P N ⋅⋅-∆+2))((λ(10)and with(6) and )()(P N P P N N -∆+=∆ the following results :lP 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。

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 。

利用迈克耳逊干涉仪测气体折射率实验报告实验目的，利用迈克耳逊干涉仪测量气体的折射率，了解气体在不同压力下的折射率变化规律。

实验仪器，迈克耳逊干涉仪、气体压力计、气体容器、激光器等。

实验原理，迈克耳逊干涉仪是一种利用干涉现象来测量光程差的仪器。

当光线通过不同介质时，由于介质折射率的不同，会产生光程差，从而产生干涉条纹。

通过测量干涉条纹的移动情况，可以计算出介质的折射率。

实验步骤：1. 将气体压力计连接到气体容器上，调节气体压力，使其在不同压力下保持稳定。

2. 将激光器的光线引入迈克耳逊干涉仪中，观察干涉条纹的情况。

3. 调节气体压力，记录不同压力下的干涉条纹移动情况。

4. 根据干涉条纹的移动情况，计算出气体在不同压力下的折射率。

实验结果，通过实验测得不同压力下气体的折射率随压力的变化情况。

实验结果表明，随着气体压力的增加，气体的折射率也随之增加，呈现出一定的规律性。

实验结论，通过迈克耳逊干涉仪测量气体折射率的实验，我们得出了气体折射率随压力变化的规律性。

这对于进一步研究气体光学性质具有一定的参考意义。

实验中可能存在的误差，在实验过程中，由于气体压力的微小变化可能会对实验结果产生一定的影响。

同时，光线的稳定性、干涉条纹的观察等因素也可能会对实验结果产生一定的误差。

改进方案，为了减小实验中的误差，可以采取一些措施，比如提高气体压力计的精度、稳定光源的输出、增加干涉条纹的观察次数等。

总结，通过本次实验，我们对迈克耳逊干涉仪测量气体折射率的方法有了更深入的了解，同时也对气体折射率随压力变化的规律性有了一定的认识。

希望通过进一步的实验和研究，可以更深入地探究气体光学性质的规律。

利用迈克耳逊干涉仪测气体折射率实验报
告
实验目的：
通过利用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率，了解气体对光的折射现象，并掌握实验方法和数据处理技巧。

实验原理：
迈克耳逊干涉仪是一种利用干涉现象来测量光波长和折射率的仪器。

当光波通过气体时，会发生折射现象，导致光程差的变化，从而影响干涉条纹的位置，通过测量干涉条纹的位移，可以计算出气体的折射率。

实验步骤：
1. 将迈克耳逊干涉仪放置在稳定的平台上，调整好光源和反射镜的位置。

2. 将待测气体装入干涉仪的测量室内，确保气体均匀分布。

3. 调整干涉仪，使得观察到清晰的干涉条纹。

4. 记录气体的压强和温度，并测量干涉条纹的位移。

5. 根据实验数据计算气体的折射率。

实验数据处理：
根据实验测得的干涉条纹位移和气体的压强、温度，利用适当
的公式计算出气体的折射率。

同时，需考虑气体的折射率随压强和
温度的变化而变化的影响。

实验结果：
根据实验测得的数据和数据处理，得出了气体的折射率，并与
已知数据进行对比和分析。

实验结论：
通过本次实验，成功利用迈克耳逊干涉仪测量了气体的折射率，并得出了相应的结论。

同时，也发现了一些实验中可能存在的误差
和改进的地方。

总结：
本次实验通过利用迈克耳逊干涉仪测量气体折射率，加深了对气体折射现象的理解，掌握了实验方法和数据处理技巧，为今后的实验和研究打下了基础。

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。

折光率的测定实验报告折光率的测定实验报告引言：折光率是光在介质中传播时的速度与真空中传播的速度之比，是介质对光的折射能力的度量。

测定折光率对于材料的研究和应用具有重要意义。

本实验旨在通过测量光线在不同介质中的传播速度，计算出它们的折光率，从而探究不同介质的光学特性。

实验材料和仪器：1. 光源：白炽灯；2. 介质：空气、水、玻璃片等；3. 光路调节装置：透镜、凸透镜、凹透镜等；4. 光学仪器：光电池、光电探测器等。

实验步骤：1. 准备工作：将实验室环境调暗，确保光线的稳定性；2. 实验组装：将白炽灯作为光源，通过透镜调节光线的方向和强度，使其尽可能平行；3. 测量空气中的折光率：将光线通过一个透明的空气介质，利用光电池测量光线的传播时间，根据光速公式计算出空气中的折光率；4. 测量水中的折光率：将光线通过一个水槽，同样利用光电池测量光线的传播时间，计算出水的折光率；5. 测量玻璃片中的折光率：将光线通过一个玻璃片，同样利用光电池测量光线的传播时间，计算出玻璃的折光率；6. 数据处理：将实验所得的折光率数据进行整理和比较，分析不同介质的光学特性。

实验结果：通过实验，我们得到了空气、水和玻璃的折光率数据。

在空气中，光的传播速度最快，折光率接近于1。

在水中，光的传播速度较慢，折光率大于1。

而在玻璃中，光的传播速度最慢，折光率远大于1。

这说明不同介质对光的传播有着不同的影响，折光率的大小与介质的光学特性密切相关。

讨论与分析：本实验测得的折光率数据与已知的理论值相比较，误差较小，说明实验结果较为准确。

在实验过程中，我们还发现了一些有趣的现象。

例如，当光线从空气射入水中时，由于光的传播速度变慢，光线会发生折射，同时产生折射角和反射角。

这是由于光在不同介质中传播时，遵循了斯涅尔定律。

实验中，我们还观察到了光线从水到玻璃的传播现象，发现光线在介质交界面上发生了折射和反射，这是由于介质的不同折射率引起的。

结论：通过本实验，我们成功测定了空气、水和玻璃的折光率，并对不同介质的光学特性进行了分析。

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= ℃。

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。

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。

导光板折射率的两种测量方法方案一：读数显微镜法目的和要求：掌握用读数显微镜测量导光板折射率的实验。

仪器和器材：导光板，立式读数显微镜，游标卡尺，白纸。

实验原理：图1当我们在空气中观察水中的物体时，由于光线的折射，物体的像的位置会比物体的实际位置高，我们简单地说物体的位置升高。

同样在空气中观察导光板中某物时，其位置也会升高，如图1所示。

在厚度为d折射率为n的导光板下底面上有一点P，在空气中沿着O1O′的方向观察时，P点的位置在P′，升高了h，根据折射定律nsini=sini′。

从图中可知，sini′=O O′O′P′，所以n=sini ′sini =O′PO′P′(1)当观察者从M方向垂直观察时，入射角i′及折射角i′均很小，O′P接近OP，O′P′接近OP′，则n=OPOP′=dd−h(2)测出导光板厚度d，用读数显微镜测出点P升高的高度h，折射率n可按上式求得。

实验步骤：1.在白纸上写一个笔划较多的小中文字，例如“镜”字，放在显微镜的载物台上，仔细调节调焦手轮，在显微镜中清晰地看到“镜”字，在游标尺上读出刻度值x 02．把导光板盖在“镜”字上，此时显微镜中看不到“镜”字。

转动调焦手轮，使显微镜镜筒上升，直至能清晰地看到“镜”字，记下刻度值x ，显微镜镜筒上升的距离h ＝x 0－x3．用游际卡尺测出导光板的厚度d ，代入公式，计算折射率n 。

重复六次求出平均值。

n =OP OP ′=d d −（x 0−x ）(3)由表1计算得:n=方案二：插针法实验目的：测定导光板的折射率实验原理：用插针法确定方向，找出跟入射线相应的折射线；用量角器测出入射角i 和折射角r ；根据折射定律βαsin sin =n 计算出导光板的折射率 。

实验器材：①平木板②白纸③导光板砖④大头针4枚⑤图钉4个⑥量角器（或三角板或直尺）⑦铅笔实验步骤：（1）如图所示，在用4个图钉钉好的白纸上画一条直线aa′作为界面。

（2）过aa′上的一点O画出界面的法线NN′。

折射率的测定实验报告实验目的，通过测定不同介质中光的折射角和入射角，计算出它们的折射率，从而掌握折射率的测定方法和规律。

实验仪器，凸透镜、平板玻璃、半圆形容器、小孔光源、刻度尺、直尺等。

实验原理，光在不同介质中传播时，由于介质的不同密度和光的波长不同，会发生折射现象。

折射率是描述光在不同介质中传播速度差异的物理量，通常用n表示。

当光从空气射入介质时，根据折射定律可得到折射率的计算公式为n=sin(i)/sin(r)，其中i为入射角，r为折射角。

实验步骤：1. 准备工作，将凸透镜放在光源的前面，调整光源和凸透镜的位置，使得光线射向凸透镜的中心。

2. 实验一，将平板玻璃放在凸透镜上方，调整平板玻璃的位置，使得光线通过平板玻璃后发生折射。

测量入射角和折射角，记录数据。

3. 实验二，将半圆形容器中注入不同介质（如水、油等），再将凸透镜放在容器内，使光线通过介质后发生折射。

同样测量入射角和折射角，记录数据。

4. 数据处理，根据测量数据，计算不同介质的折射率n=sin(i)/sin(r)，并进行比较分析。

实验结果与分析：实验一中，通过测量平板玻璃的折射率，我们得到了其在空气中的折射率为1.5左右。

这与平板玻璃的实际折射率相符，证明了我们实验的准确性。

实验二中，我们选择了水和油两种介质进行测量。

通过计算得到水的折射率约为1.33，而油的折射率约为1.5。

这与我们对水和油折射率的常识了解相符，也验证了我们实验的准确性。

实验总结：通过本次实验，我们掌握了折射率的测定方法，并对不同介质的折射率有了直观的认识。

在实验中，我们注意调整光源和测量仪器的位置，保证了实验数据的准确性。

同时，我们也发现了不同介质的折射率与其光学性质的关系，这对我们理解光的传播规律具有重要意义。

实验中也存在一些不足，比如在测量中可能存在一定的误差，需要进一步提高测量精度。

同时，我们只选择了水和油两种介质进行测量，对于其他介质的折射率也需要进一步研究。

系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________【实验名称】迈克耳孙干涉仪【目的要求】1.掌握M-干涉仪的调节方法;2.调出非定域干涉和定域干涉条纹;3.了解各类型干涉条纹的形成条件, 花纹特点, 变化规律及相互间的区别;用M-干涉仪测量气体折射率.【仪器用具】M-干涉仪(旧仪器第3组).He-Ne激光器及其电源.扩束透镜.小孔光阑.白炽灯.毛玻璃.小气室.打气皮囊.气压表.凸透镜. 【实验原理】系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________1.M-干涉仪光路M-干涉仪是一种分振幅双光束的干涉仪.其光路如图.期中M1可以移动.G1为分束板.2.干涉花纹的图样(1) 点光源照明——非定域干涉条纹考虑虚光源S1和S2’.若毛玻璃垂直于两者连线.则得到圆条纹.若毛玻璃垂直于两者的垂直平分线.则得到线条纹.若其它情况.则得到椭圆或双曲线条纹.非定域圆条纹特性:∆L = 2d(1 − r 22z2) ........................................................................ .(i)亮纹条件:k λ = 2d(1 − r 22z2) ........................................................................ .(ii)条纹间距:2系别 ___________ 班号 ____________ 姓名 ______________ 同组姓名 __________实验日期 _________________________ 教师评定 ______________∆r = r k-1 − r k ≈ λz 22r k d.................................................................... .(iii)条纹的”吞吐”:缓慢移动M 1镜, 改变d, 可以看到条纹条纹吞或吐的数目N 有:2∆d = N λ .................................................................................. .(iv)(2) d 增大.rk 增大.即条纹”吐”.d 减小.rk 减小.即条纹”吞”. (3) 扩展光源照明－－定域干涉条纹(a) 等倾干涉条纹－－定域于无穷远相邻两条纹角间距:∆θk = θk − θk+1 ≈ λ2d θk.............................................................. .(v)(b) 等厚干涉条纹－－定域于镜面附近∆ = 2d cos θ ≈ 2d(1 − d θ2 / 2) ............................................... .(vi)2. 在交棱附近, 可忽略.因此在交棱附近看到的是直条纹.离棱远就慢慢变成弧形.且弯曲方向是凸向交棱方向的. 3. 测量空气折射率n = 1 + N λ2D ∙ p||∆p .................................................................. .(vii)系别___________ 班号____________ 姓名______________ 同组姓名 __________实验日期_________________________ 教师评定______________公式给出了气压为p时的空气折射率n.其中N为条纹吞吐量.△p为气室气压变化.【实验步骤和过程记录】1.了解M-干涉仪的构造(略)调节干涉条纹.错误！未定义书签。

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。

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：一、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；M1可以移动，M2M2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（1）（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。

1）式和（2）式可知（3）路中折射率的微小变化。

的光的折射率，它与真空折射率之差为O图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图方便地测量，且准确度高。

四、 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，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。

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013）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。

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。

空气折射率的测量空气折射率是指空气中光线传播时光速相对于真空时光速的比值，通常用符号n表示。

测量空气折射率的方法有很多，例如：折射法、干涉法、位移法等等，本文将着重介绍其中的折射法和干涉法。

一、折射法折射法是通过将光线从一个介质中传入空气再折射出去的方法来测量空气的折射率。

通过斯涅尔定律可以得出：n1sinθ1 = n2sinθ2，其中n1和n2分别代表两个介质的折射率，θ1和θ2分别表示入射角和折射角。

当n1为已知值(n1=1时，代表光线在真空中传播)，θ1、θ2、n2均可测得，因此可以求出n2。

图1 折射法示意图具体有以下步骤：1. 准备两个平行的透明平板玻璃，在其中一个平板玻璃上涂上一层厚约1/10波长的介质，并在另一个平板玻璃上放置一个反射镜。

2. 在已涂有介质的平板玻璃的一侧输入一束单色光，并调整入射角度θ1和旋转平板玻璃的方向，使光线射入平板玻璃后被反射到第二个平板玻璃的表面上。

3. 在第二个平板玻璃的另一侧测量出反射光线的入射角θ2与反射光线的出射角度（垂直于第二个平板玻璃的表面上）。

4. 运用斯涅尔定律求得空气折射率n2。

这种方法可以获得准确的结果，但需要仔细的操作和精准的测量，同时需使用单色光源和精密测角仪器。

二、干涉法干涉法是通过将两束光线在相遇处产生干涉现象的方法来测量空气的折射率。

当两束光线的相对相位恒定时，称为同相位干涉，产生明纹；反之，称为反相位干涉，产生暗纹。

这两者的间距称为干涉条纹。

图2 干涉法实验装置1. 在实验室中设置一个稳定的平台，上面放置一个反射镜。

另外，还需要一个可调节高度的光路长度补偿器。

在平台上设置一个刻度尺，以便于记录位移。

2. 在一束相干光中加入一个棱镜来分离出两束光线，并使其相互平行。

3. 调整另一束光线的光程，使其与第一束相遇，并在白屏上观察干涉条纹的变化，可以通过调整补偿器来让干涉条纹移动。

4. 根据干涉条纹的移动计算出空气的折射率。

这种方法不需要旋转平板玻璃和测角仪器，只需要测量一些数值即可得到准确的折射率，但需要使用相干光源和精密测量仪器。

用迈克尔逊干涉仪测空气的折射率 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l P 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)。

d)现在屏SC(6,6)上出现两个光点，调整M4使它们重合，此时观测到的应是一个轻微抖动的亮点。