WAN数字空气折射率测定仪说明书

WAN-12B型
数字空气折射率测量仪
一、前言
本仪器隶属物理光学实验范畴，利用迈克耳逊干涉仪的两束相干光在空间各有一段光路是分开的，通过在其中一支光路中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另一种思路和方法，而采用迈克耳逊干涉仪测量空气折射率，具有设备简单、操作方便等优点。

二、原理
由图一可知，迈克耳逊干涉仪中，当光束垂直
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入射至C 、D 镜面时两光束的光程差δ可以表示成
()22112L n L n -=δ （1-1）
式中1n 和2n 分别是路程1L 和2L 上介质的折射率。

设单色光在真空中的波长为0λ，当
0λδK =，K=0，1，2…… （1-2）
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时产生相长干涉，相应地在接收屏中心总光强为极大。

由式（1-1）可知，两束相干光的光程差不单与几何路程有关，而且与路程上介质的折射率有关。

当1L 支路上介质折射率改变1n ∆时，因光程差的相应变化而引起的干涉条纹变化数为∆K ，由式（1-1）和式（1-2）可知
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012L n λ∆K =∆ （1-3） 由式（1-3）可知：如测出接收屏上某一处干涉条纹的变化数∆K ，就能测出光路中折射率的微小变化。

当管内压强由大气压强b P 变到0时，折射率由n 变到1，若屏上某一点（通常观察屏的中心）条
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纹变化数为m ，则由式（1-3）可知
L
m n 210λ=- （1-4） 通常在温度处于15℃～30℃范围时，空气折射率可用下式求得：
()9,10003671.018793.21-⨯+=-t
p n p t （1-5） 式中温度t 的单位为℃，压强p 的单位为Pa 。

因此，在一定温度下，()p t n ,1-可以看成是压强p 的线性函数。

由式（1-4）可知，从压强p 变为真空时的条纹变化数m 与压强p 的关系也是一线性函数，因而应有
2211p m p m p m ==，由此得
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p p p m m m 1
212--=
（1-6） 代入式（1-4）得 p p p m m L n 121
2021--=-λ （1-7）
可见，只要测出管内压强由1p 变到2p 时的条纹变化数12m m -，即可由式（1-7）计算压强为p 时的空气折射率n ，管内压强不必从0开始。

在迈克耳逊干涉仪的一支光路中加入一个与打气相连的密封管，其长度为L ，如图二，数字仪表用来测管内气压，它的读数为管内压强高于室内大气压强的差值。

在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。

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调好光路后，先将密封管充气，使管内压强与大气压的差大于0.09 Mpa ，读出数字仪表数值1p ，取对应的1m =0。

然后微调阀门慢慢放气，此时在接收屏上会看到条纹移动，当移动60个条纹时，记一次数字仪表数值2p 。

然后再重复前面的步骤，求出移动60个条纹所对应的管内压强的变化值
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12p p -的绝对平均值p p ，并求出其标准偏差P S ，代入（1-7），算出空气折射率为
b p p p L n 60
210λ+= （1-8）
式中b p 为实验时的大气压强。

三、 性能指标：
1. 输入电压：220V50Hz
2. 测量范围：0～0.12MPa （与大气压差）
3. 仪器精度：2.5%
四、 仪器结构：
仪器由气室组件（1）、气管1（2）、数字仪表
（3）、气管2（4）等组成，如图三：
五、安装步骤：
配套使用本公司的迈克耳逊干涉仪，拆下固定镜（14），用2颗M3螺钉将附件长支撑条固定在原安装固定镜（14）的螺孔内，再将拆下的固定镜（14）安装在附件长支撑条上。

六、实验步骤：
1.转动粗动手轮（2），将移动镜（11）移动
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到标尺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；
2.将气室组件放置导轨上（移动镜的前方），
按本公司迈克耳逊干涉仪的方法调节光
路，在投影屏上观察到干涉条纹即可；注
意：由于气室的通光窗玻璃可能产生多次
反射光点，可用调动C、D镜背后的三颗滚花螺钉来判断，光点发生变化的即是；
3.将气管1一端与气室组件相连，另一端与
数字仪表的出气孔相连；气管2与数字仪表的进气孔相连；
4.接通电源，按电源开关，电源指示灯亮，
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10 液晶屏显示“.000”；
5. 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2p ，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1p 。

6. 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12p p -的6次平均值p p ，并求出其标准偏差p S 。

七、数据记录与处理：
室温__________=t ℃；大气压__________=b p Pa ；L=95 Cm ；0.6330=λnm ；m=60。

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__________=p S Mpa 。

代入公式，计算空气折射率。

八、注意事项：
激光属强光，会灼伤眼睛，注意不要让激光直接照射眼睛。

九、仪器的保管和维护：
1. 鼓气阀门不要用力旋转，以免损坏；
2. 仪器应妥善地放在干燥、清洁的房间内，
防止震动。

3.光学零件不用时，应存放在清洁的干燥盆
内，以防发霉。

镜片一般不允许擦拭，必
要擦拭时，须先用备件毛刷，小心掸去灰
尘，再用脱脂清洁棉花球滴上酒精和乙醚
混合液轻拭。

十、主机、附件、包装箱清单：
1.气室组件1套
2.数字仪表1台
3.气管1 1根
4.气管2 1根
5.长支撑条1根
6.M3螺钉4颗
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7.保险丝管2颗
8.镜头毛刷1只
9.干燥剂1袋
10.检验合格证1份
11.使用说明书1份
十一、思考题：
1.实验中充气后，在放气的同时可看到在屏
上某一点处有条纹移过，这表明在该点处
的光强是怎样变化的？
2.能否对其他气体物质进行测量？
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维修记录：
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