长安大学：《大学物理实验》课程教学资源（课件讲义）光学实验——测定空气折射率

光学平台上的实验品光彩测定空气折射率

测定空气折射率

空气的折射率和真空的折射率相差甚小，仅有数量级这样小的折射率差别，用几何方法是无法测量的但可用迈克尔逊干涉法精确地测量出来

空气的折射率和真空的折射率相 差甚小,仅有 数量级这样小的折 射率差别,用几何方法是无法测量 的,但可用迈克尔逊干涉法精确地 测量出来. 4 10 

在物理学史上，迈克尔逊曾用自己发明的光学干涉仪进行实验，精确地测量了微小长度”，否定了“以太”的存在，这个著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟了道路。获得了1907年度诺贝尔物理学奖迈克尔逊干涉仪原理简明，构思巧妙，堪称精密光学仪器的典范

在物理学史上,迈克尔逊曾用自己发明的 光学干涉仪进行实验,精确地测量了微小 “长度”，否定了“以太”的存在,这个 著名实验为近代物理学的诞生和兴起开辟 了道路。 获得了1907年度诺贝尔物理学奖. 迈克尔逊干涉仪原理简明,构思巧妙,堪称 精密光学仪器的典范

【实验目的】B1.在光学平台上自组迈克尔逊干涉仪2.用自组的迈克尔逊干涉仪测定空气折射率

1. 在光学平台上自组迈克尔逊干涉仪。 2. 用自组的迈克尔逊干涉仪测定空气 折射率

实验原理-MiARBEHe-N.M2电源

在图所示的迈克尔逊干涉仪光路中，给气室AR充气，其内部的气压就会发生改变设气室内气压改变人P气室内的折射率将随之改变，丛俩导致迈克尔逊干涉仪上参与干涉的两束光的光程差发生的改变，干涉仪观察屏上将有N个千涉条纹的变化。设气室内空气柱的长度，则1A8=2△nl=NaN2An二(21

在图所示的迈克尔逊干涉仪光路中，给气室 AR充气，其内部的气压就会发生改变。 设气室内气压改变 ，气室内的折射率将随之 改变 ，从而导致迈克尔逊干涉仪上参与干 涉的两束光的光程差发生 的改变，干涉仪 观察屏上将有N个干涉条纹的变化。设气室 内空气柱的长度 ， 则 （1）    2  nl  N  l N n 2     P  n   l

设标准状态(T。=270K,P。=101.325Kp)下空气的折射率为n。密度为为；低意状态（温度为T，气压为P）下折射率为密庾为，根据吃体折射率的改变量与单位体积内粒子数改变量成正比，而单位体积内粒子数的改变量（相对于真空状态而言）又与密度成正比，因而有：n-lPno-lPo

设标准状态 下空气的折射率为 ，密度为为 ；任意 状态（温度为T，气压为P）下折射率为 ， 密度为 ，根据气体折射率的改变量与单 位体积内粒子数改变量成正比，而单位体 积内粒子数的改变量（相对于真空状态而 言）又与密度成正比，因而有： 0 n 0  n    Kp a T 270 K P 101 .325 0 0  ，  0 0 1 1      n n

联系理想气体的状态方程，有pTon(PV= μRT )PoTponoTo(no1-Ip +n(2)。T可以看出，对空气而言，当温度不变时，折射率与气压成线性关系，其比例系数1T。(n。 - 1)△n可以用实验方法求出PoTAP

联系理想气体的状态方程，有 (2) 可以看出，对空气而言，当温度T不变时，折射 率与气压成线性关系，其比例系数 可以用实验方法求出 1 1 p p 0 0 0 0     n n T T   p 1 1 p ( 1) 0 0 0           T T n n   P n P T T n      1 1 0 0 0 PV  RT 

NA由公式（1）An21A△n这样△p21.△p将（3）式代入公式（2），得到实验公式Nap+ln=21:4p

由公式（1） 这样 （3） 将（3）式代入公式（2），得到实验公式 p 2   p    l n N  1 2l Δ N λ n    p p l N n 2   

实验公式：Na+1np21:△p实验数据的测量：N=302 = 632 .8nm气室空气柱长度：l=200 mm室温：T=℃大气压：P=Kpa

实验公式： 实验数据的测量： N=30 气室空气柱长度： 室温： T= ℃ 大气压：P= Kpa l  200 mm 1 2l N λ n     p p   632 .8 nm