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。
实验 气体折射率的测定
实验 气体折射率的测定实验目的1、 掌握瑞利干涉仪的原理及操作使用。
2、 分析白光入射时的干涉条纹的特征。
3、 学会运用最小二乘法分析处理实验数据。
实验仪器瑞利干涉仪、白光光源、压强差计、手动式真空泵等。
一、实验原理1、实验原理基本内容根据光的电磁理论，光学介质的折射率和该介质媒质参数之间存在以下关系：()2222201413n e N n m πωω-=+- ⑴ 式中n 为光学介质的折射率，ω为入射光的角频率，0ω为光学介质中电子的固有角频率，N 为光学介质（如：空气）单位体积中的分子（原子）数，e 为电子电荷，m 为电子质量。
对于给定的入射光波和确定的介质，0,,,e m ωω均为常量，则⑴式可改写成：2211n AN n -=+ （A 为比例常数） 对于光学介质为气体，气体的压强（P ）和单位体积内气体分子数（N ）成正比，则⑴式又可写为：2211n BP n -=+ （B 为另一个比例常数） ⑵ 对于气体光学介质，其折射率接近于1，对⑵式作一定的简化近似后，可写为：()213n BP -= 即： 1n kP -= ⑶ 式中k 为一个的比例常数。
⑶式表明气体的折射率和1的差值与其压强成正比。
设实验室的大气压强为0P ，折射率为0n ，则：001n kP -= ⑷ 由⑷式减⑶式得()00n n k P P -=- ⑸ ⑸式说明，两室气体折射率的差值()0n n -和它们的压强差()0P P -成正比。
两室气体压强差()0P P -可使用压强（差）计测量得到，两室气体的折射率的差值()0n n -由瑞利干涉仪测出，由此间接测得比例常数k ，再由⑶式可计算任何气压P 时的气体折射率n 。
2、实验装置瑞利干涉仪是基于双缝干涉原理的一种干涉仪，可用于测量被比较的两种不同压强气体折射率的微小差值。
本实验中被称为气室的两管子的长度为25.07L cm =从双缝出射的光束被障碍物分为上下两部分，上半部分光束通过两个盛有需比较的气体的管了（即左、右气室），而后两光束中一束通过固定补偿片、一束通过活动补偿片，活动补偿片的转动可以改变这束光的光程。
迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告
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。
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
空气折射率【实验目的】1. 进一步了解光的干涉原理2. 利用迈克尔逊干涉仪测量空气折射率 【实验原理】由下图可知，在o 点两束光的光程差为)(22211L n L n -=δ，式中，n1,n2分别是两条光路上的折射率。
设单色光在真空中，传播的波长为0λ，当0λδm =，m=0,1,2, (1)时，产生干涉条纹，在L1路径上放置一根长为L 的空气管，当管内空气折射率改变时，条纹改变m ∆条，则有Lm n 20λ∆=∆（2） 在恒温空气流动情况较小的情况下折射率n 只与气压有关，假设气压从一个大气压下降到真空时，则p ∆即为一个大气压，有关系式Lm n 210λ∆=-（3） 通常在温度处于15度到30度之间空气的折射率可表示为910003617.018793.21-⨯+=-tpn （4）此时说明n-1是与气压p 成正比，因此p 也与m ∆成正比，假设我们的环境气压为p ，对应的条纹数为m ，可测得气压为p1，p2，对应的条纹数分别为m1，m2，则有关系式21212211m m p p m p m p m p --===∆（5） 将此式代入（3）式，得到p p p m m L n 2121021--=-λ（6）【实验步骤】1． 调节干涉仪，产生干涉条纹。
2． 向管内打起，使得管内气压大于110kpa ，记下此时的气压p1。
3． 慢慢放气，眼睛看着干涉条纹的变化，当条纹变化为60条时，停止放气，记下此时的气压p2。
4． 连续测测量六次。
【实验数据处理】室温t=27。
C ；大气压p=101kpa;管长L=95mm;0λ=633.0nm;m1-m1=60;∑=∆=∆61kpa 75.10361ip pp ∆的标准差为67.8)(5161=∆-∆=∑∆p p ip σ所以n 的平均值为000195.175.103952101601063316=⨯⨯⨯⨯⨯+=-n折射率n 的不确定度为000002.012602=∆⋅=p L p u n 实验结果为⎪⎩⎪⎨⎧==±=%0002.0000002.0000195.1n u u n nrn 【实验数据记录】。
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 。
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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
δ
1
=2（L
2
-L
1
）+2(n
1
-1)L=k
1
λ
δ
2
=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】
c t ︒=12 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 5
10101325⨯=
带入数据得：
62
-9-10325.11074.001
.110105260
108.6321n -⨯+=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+= 【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=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。