【实验名称】         空气折射率的测定                              

【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）

【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）

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）+2nL-2L₁

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=k₁λ

δ₂=2（L₂-L₁）+2(n₂-1)L=k₂λ

令：Δn=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。

2ΔnL=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：

设从压强p_b变成真空时，条纹变化数为m_b；从压强p₁变成真空时，条纹变化数为m₁；从压强p₂变成真空时，条纹变化数为m₂；则有

根据等比性质，整理得

将（4）、（5）整理得

式中p_b为标况下大气压强，将p₂→p₁时，压强变化记为Δp（=p₁-p₂），条纹变化记为m（=m₁-m₂），则有

 

3、测量公式

其中，λ=632.8nm，L=95.0mm，p_b=1.01325×10⁵Pa；

【实验内容】

转动粗动手轮（2），将移动镜（11）移动到(或直接放置)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；

接通电源，按电源开关，电源指示灯亮，液晶屏显示“.000”；

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，当移动60个条纹时，记下数字仪表的数值 。

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 。

【数据表格与数据记录】

     大气压为105Pa     L=105cm

由公式

由于                

带入数据得：

【小结与讨论】

（1）       计算出了压强差的标准差，并求出了空气的折射率。

（2）       从实验所得的空气折射率的实验数据知道空气的折射率非常接近于1，相差很小很小。

（3）       思考当光程差增加时，非定域干涉同心圆条纹的粗细和间距如何变化？

经过思考由δ=2L₂-2L₁=2（L₂-L₁）知道当光程差增加是同心圆的间距将增大，而粗细应该变细。

第二篇：大学物理实验研究报告及三棱镜折射率

20xx—20xx学年度上学期物理实验教学示范中心

研究报告

实验名称：三种测量三棱镜折射率方法的比较

一、实验的研究现状及主要参考文献

研究现状：测量三棱镜折射率的方法常用的有：最小偏向角法、掠入法、布儒斯特角法、任意偏向角法、临界法、垂直底边射入法、全反射法等。

在操作上,最小偏向角临界现象明显,但在操作中确定最小偏向角的位置存在随机性、操作复杂,

会引入较大的误差1;用布儒斯特角法测量，只要知道入射光线的延长线与反射光线的夹角，利用公式，计算过程不复杂，但实验步骤繁琐，而且实验的过程易受外界影响2。临界法原理相对于其他两个复杂，但实验过程简单，实验现象明显。

通过一些实验，人们发现用最小偏向法和任意偏向角测量法测出的三棱镜的折射率的值是最为接近的。而用掠入法测得的折射率的值，跟这两种方法测得的值也是较为接近的；相对来说，用布儒斯特角法测得的三棱镜折射率的值跟另外三种测量的值相差较大。垂直底边入射法的操作较之最小偏向角法等传统方法更加简便，数据和最小偏向角法的结果符合很好，但数据准确性次于最小偏向角法，而且当被测材料折射率偏大时,会在被测材料内发生全反射3；最小偏向角法在数据的准确性方面优于垂直底边入射法和全反射法，虽然全反射现象明显，但在操作中确定临界点位置存在随机性,会引入较大误差4。全反射法的不确定度明显高于前两种。采用垂直底边入射法可以有效地达到简化测量三棱镜折射率的目的5。

参考文献：

[1]高文斌；大学物理实验[M].杭州：浙江大学出版社，2002

[2]钟鼎：大学物理实验[M].天津：天津大学出版社。2006

[3]陈良锐,彭 力,蔡招换,等.测量三棱镜折射率的一种新方法[J].大学物理实验, 2008, 22(2)

[4]朱德权.垂直折射法测三棱镜的折射率[J].安庆师范学院学报:自然科学版, 2007, 13(4)

[5]葛松华,唐亚明.三棱镜的全反射特性研究[ J].物理通报, 2009(9):

二、实验需要的主要仪器设备和材料

分光计;三棱镜；双面镜；汞灯

三、实验的研究目的

了解分光计的结构，掌握调节和使用分光计的办法

掌握测定三棱镜顶角的办法

用最小偏向角法、全反射法、垂直底边入射法测定三棱镜的折射率，并分析比较。

四、实验的研究内容

为了找到一种最简捷的测量三棱镜折射率的方法,利用垂直底边入射法、最小偏向角法和全反射法对同一三棱镜的折射率进行了测量,并对数据进行了处理分析。从操作的简繁程度、测量数据的准确性和不确定度方面比较了3种测量方法的优劣。对各种方法提出了改进意见。综合操作的简捷性和数据的准确性,选出最优选 择。

(1)垂直底边入射法测量原理。垂直底边入射法让入射光线垂直

于顶角的临边入射,实验中取AC边,其光路如图1所示。表达式为：n=[sin^2(ð)+(1+sin ð*cot A)2]^½只要测得顶角A和出射角r2,就能计算出三棱镜的折射率

(2)最小偏向角法测量原理。如图2所示,光线S1O1以入射角i1入射到三棱镜的AB面上,经三棱镜两次折射后,以i4角从AC面出射,入射光线和出射光线的夹角ð称为偏向角。

(3)全反射法测量三棱镜折射率测量原理。在测量三棱镜折射率的实验中,如果第1个光学面的入射角小于一定角度,光线将在三棱镜第2个折射面上发生全反射,刚好发生全反射时第1个光学面的入射角为三棱镜能发生全反射的最大入射角。如图3所示,设三棱镜的顶角为A,当入射光线入射到AB面上,发生折射,入射角为i,折射角为r,折射光线入射到AC面上,并恰好在AC面上发生全反射。

四、实验的创新之处

****

五、实验结果（包括实验数据、数据分析、实验结论等）

1、自准法仪器误差为

2、三棱镜玻璃折射率的测定（记录汞紫光）仪器误差为 .

由表格1 ， 算出的平均值= =60°55′

,=0.17′

=0.72′ ,

(p=0.683) =0.67′ ,

=0.673′ ,

测量结果表示 ： ，

有公式， 得出三棱镜顶角A= ，

有表格2 ， 算出最小偏向角的平均值= ，=180°10′

= 7.25′ ，

=8.50′ （p=0.683） ，

=8.52′ ,

测量结果表示 ： ，

由公式 ④ ， 算出三棱镜玻璃折射率 =1.743

n = 1.732.

总结 ：通过查一些资料发现，不同的材质不一样 玻璃一般是 紫1.532但是因玻璃的制作工艺不同也会有不同的材质，紫光在三棱镜下的直射率也会有所不同。

可能与测量环境有关，例如：光线的问题等。还与读数误差，光学仪器的磨损有关。

在这次实验中也遇到了许多困难，主要是因为自己在实验之前准备的不够充分，对实验过程还不够熟悉，动手能力较差，意识到这些，在以后的实验中会多加注意。

指导教师意见：

指导教师：

年 月 日　

说明：

1、研究现状：综述其他人对该实验项目的研究情况，取得了哪些成果。

2、参考文献：包括书刊、杂志、网络资料等。