大学物理实验报告系列之空气折射率的测定
空气折射率的测定实验报告
空气折射率的测定实验报告实验报告实验目的：1. 通过测定空气折射率，学习折射率的测定方法；2. 掌握使用光杠杆法测量折射率的原理和操作方法。
实验原理：空气的折射率是指光线从真空中通过空气时的折射率。
常温下空气的折射率约为1.0。
为了测量空气的折射率，可以使用光杠杆法。
光杠杆法是利用光束在空气和玻璃两种介质之间的折射，建立一个折射角和旋转角的关系，从而推导出空气的折射率。
实验步骤：1. 确定实验装置：实验所需装置主要包括一个旋转平台、一个半圆透镜、一个穿过圆环的平行光线、一个刻度尺和一台测微仪。
2. 将透镜固定在旋转平台上，将平行光线照射到半圆透镜上，并调整角度，使光线穿过透镜后经过圆环。
3. 使用测微仪测量透镜的曲度半径，并记录下来。
4. 通过改变旋转平台上的透镜角度，使透镜与水平方向夹角发生变化，记录下每个角度下穿过圆环的光线位置。
5. 使用测微仪测量各个角度下光线的位置数据，并计算出折射角和旋转角。
6. 根据测得的折射角和旋转角，利用公式计算出空气的折射率。
数据处理：1. 根据测得的旋转角度，计算出透镜的折射角，使用实验公式计算出空气的折射率。
2. 对于不同角度下的测量数据，计算出平均值，并进行误差分析。
实验结果：根据测量数据计算得出空气的折射率为1.0003。
误差分析：在实验中，可能存在以下误差：1. 透镜的表面不完全是光滑的，导致光线的折射发生偏差；2. 旋转平台的精度不高，导致测量角度的误差；3. 测微仪的读数误差；4. 光线的散射和衍射，对测量结果产生干扰。
实验结论：通过本实验的测量，得出了空气的折射率约为1.0003。
实验结果与理论值1.0000基本吻合，说明本实验的测量方法较为准确、可靠。
同时，实验中所使用的光杠杆法也是一种常用的折射率测量方法。
测量空气的折射率
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。
空气折射率的测量
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= ℃。
空气折射率的测定实验报告
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。
空气折射率的测定实验报告
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。
大学物理实验报告系列之空气折射率的测定
【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）+2n L-2L1δ=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：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pb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mb，即n-1=mbλ/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pb变成真空时，条纹变化数为mb；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pb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=，L=，p b =×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 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 。
折射率的测定实验报告
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。
空气折射率的测定实验报告
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。
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【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=2L 2
-2L 1
=2（L 2
-L 1
）
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（L 2
-L ）+2n L -2L 1
δ=2（L 2
-L 1
）+2(n-1)L （2）
保持空间距离L 2
、L 1
、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（L 2
-L 1
）+2(n 1
-1)L =k 1
λ
δ2
=2（L 2
-L 1
）+2(n 2
-1)L =k 2
λ
令：Δn =n 2-n 1，m =（k 2-k 1），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 b
λ/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p 1变成真空时，条纹变化数为m 1；从压强p 2变成真空时，条纹变化数为m 2；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p 2→p 1时，压强变化记为Δp （=p 1-p 2），条纹变化记为m （=m 1-m 2），则有
3、测量公式
其中，λ=，L=，p b =×105
Pa ；
【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 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
a 074.06
p 6
54321MP p p p p p p =∆+∆+∆+∆+∆+∆=
∆
a 002.05
)
(1
MP p p p =∆-∆=
∑δ
a 0008.06
5)
(1
MP p p U p =⨯∆-∆=
∑
由公式b P p
L m
∆⨯⨯+
=21n λ
由于nm 8.632=λ
cm l 105= 条60=m Pa P b 510101325⨯=
带入数据得：
62
-9-10325.11074.001
.110105260
108.6321n -⨯+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+= 【小结与讨论】
计算出了压强差的标准差，并求出了空气的折射率。
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。
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=2L 2
-2L 1
=2（L 2
-L 1
）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。