空气折射率的测定
折射率测定的原理
折射率测定的原理
折射率是光线在不同介质中传播时的速度差，通常用折射率来描述光在不同介质中的传播状况。
测定折射率的原理主要是基于光的折射定律以及斯涅尔定律。
折射定律表明了光线从一种介质射入另一种介质时的折射规律，即入射角、折射角和两种介质的折射率之间的关系。
斯涅尔定律则描述了光线在垂直于界面的方向上的折射规律，根据这个定律，当光线从空气射入透明介质中时，可以利用下面的公式来计算折射率：
折射率 = sin(入射角) / sin(折射角)
为了测定折射率，通常需要使用一种被称为折射计的仪器。
折射计中包含一个透明的折射棱镜，光线通过棱镜时会发生折射，因此折射角可以测量出来。
对于测量折射率来说，常用的方法是通过改变入射角度，来测量折射角并计算出相关的折射率。
一种常用的折射率测定方法是通过斯涅尔法，这种方法使用一个旋转的半透明镜片和一个尺度，用来测量入射角和折射角。
首先，将光线从空气中射入透明介质，透过半透明镜片发射出来，然后利用尺度测量入射角和折射角。
通过记录不同入射角对应的折射角，再利用上述折射公式求解，就可以得到不同入射角下的折射率。
除了斯涅尔法外，还有一些其他的折射率测定方法，如阿贝尔
法、迈克耳孙干涉仪等。
不同的测定方法适用于不同的物质和测量条件，但基本原理都是基于光的折射定律和斯涅尔定律。
折射率的测定
折射率的测定折射率是介质对光的折射程度的量度，是光线从稀薄介质中穿过厚介质时偏折角度的比值。
在一定温度和压力下，每种物质的折射率都是固定的。
测量物质折射率的方法有很多种，本文将介绍一些常见的测定方法。
1. 折射角法折射角法是最基本的测定折射率的方法，其原理是利用折射角和入射角之间的关系来计算折射率。
首先将待测物质制成薄片或条形，将光线垂直入射，然后用减小折射角的方法逐步调整角度，当光线穿过物质时，记录下入射角和折射角的大小。
然后，可以根据折射定律（即斯涅尔定律）计算出物质的折射率。
2. 波长法波长法是一种较为精确的测量折射率的方法，其基本思想是在不同波长下测量物质的折射率，并利用光的色散性质对其进行分析。
先将测定物质放置在一个特定的光学路径中，设定不同波长的光源，测量不同波长下的折射率。
通过对这些数据进行分析和处理，可以得到物质的折射率曲线。
从曲线上可以看出物质折射率与波长的关系，并可以得到物质的色散性质。
3. 全反射法全反射法的原理是利用物质与空气之间的全反射现象测量其折射率。
将一束光线从空气照射到待测物质的表面上，当入射角大于临界角时，光线会全部发生反射，形成一束完全反射的光线。
此时，测量出偏转的角度和反射角度，就可以计算出物质的折射率。
4. 峰位法峰位法是一种常用的测量凝聚态物质折射率的方法。
将测定物质放置在一个特定的光学路径中，向其中引入一束宽带光，然后通过光谱仪将不同波长的光线分离出来。
随着波长的变化，光线穿过样品时会发生不同程度的折射。
在不同波长下测量出光谱图的峰位，就可以得到物质的折射率。
综上所述，根据不同的实际情况和需求，可以选择合适的方法来进行物质折射率的测定。
无论采用哪种方法，测量时需保证精度和准确性，避免因外界因素干扰而引发误差。
迈克尔逊干涉仪测定空气折射率
空气折射率的相对偏差
空气的折射率（n）
1.00025219 1.00025513 1.00024047 1.00024486 1.00024985
… 1.000250630 1.000249853 1.000292600 0.000042747 0.00427363%
实验结果与分析
致谢
大学本科的学习生活即将结束。在此，我 要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过 我的同学，他们在我成长过程中给予了我 很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别 感谢我的导师***老师，感谢各位系的老 师的关心和帮助。
自装迈克尔逊干涉仪且测定空气折射率
实验结果与分析
实验结果与分析
1
20
4.3
2
40
8.7
3
50
12.3
4
60
16.7
5
70
21.3
…
…
…
15
300
64.3
空气折射率的平均值
空气折射率的真值
空气折射率的绝对误差
空气折射率的相对误差
空气折射率的标准偏差
空气折射率平准直的标准偏差
用迈克耳逊干涉仪测空气折射率
指导教师：胡尔西达
班级：物理06-2班 学生：艾海提江·如苏力 学号：20060900429
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用迈克耳逊干涉仪测空气折射率
摘要
科学技术的进步与相关仪器的联系是非常密切的， 不同的实验需要不同的仪器来协助完成，而不同的 仪器有不同的制作原理，同时需要不同的方法进行 操作。本文介绍了用迈克逊干涉仪测量空气折射率， 并对空气折射率随压强变化的情况进行研究。根据 测得的数据和理论公式算出空气折射率，为研究空 气折射率随压强变化规律而提供理论依据。本文还 介绍迈克尔逊干涉仪的组装过程，且分析了空气、 氧气，氮气等气体在干涉仪上出现的多个干涉条纹， 只有实验仪器适当的谓节，才能得出干涉条纹并符 合计算公式的要求。
迈克尔逊干涉仪测定空气折射率
迈克尔逊干涉仪及其原理
? 迈克尔逊干涉仪（ 如图所示）是 1883 年美国物理 学家迈克尔逊和莫 雷合作，为研究“ 以太”漂移而设计 制造出来的精密光 学仪器。它是利用 分振幅法产生双光 束以实现干涉。
迈克尔逊干涉仪及其原理
从光源S发出来的光，遇到G1 分开，一个透过G1向着M1 前进， 另一个反射且向M2 前进，这两束光分别在M2 、M1 上反射后逆 着各自的入射方向返回，最后都达到 E处。因为这两束光是相干 光，因而在E处的观察者就能够看到干涉条纹。
? 关键词：迈克尔逊干涉仪；空气；折射率；干涉条 文；光学平台；标准压强；波长；气室；He-Ne 激光器
论文的结构和主要内容
? 绪论 ? 迈克尔逊干涉仪及其原理 ? 自装迈克尔逊干涉仪且测定空气折射率 ? 实验结果与分析 ? 结论
绪论
? 空气折射率是表征空气光学性质的基本物理量之一，在空 气中，诸如密度、浓度、温度、压强等物理量的变化，均 会引起折射率的相应变化 .在生产实践中，通过测定空气内 折射率的空间分布和随时间的变化，进而定性分析乃至定 量确定其他的各种相关物理量，已有许多重要的实际应用 ，因此，对空气折射率的测量方法研究具有重要的实际意 义。
自装迈克尔逊干涉仪且测定空气折射率
1. 将各器件夹好，靠拢，调整稿。 2. 调激光光束平行于台面，按图 2 所示，组成迈克尔逊干涉光路（暂不用扩 束器）。 3. 调节反射镜 和 的倾角，直到屏上两组最强的光点重合。 4. 加入扩束器，经过微调，使屏上出现一系列干涉圆环。 5. 紧握橡胶球反复向气室充气，至血压表满量程（ 40 ）为止，记为 。 6. 缓慢松开气阀放弃，同时默数干涉环变化数 N ，至表针回零。
空气折射率的相对偏差
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。
测量气体,液体,固体的折射率
一.实验的目的和意义1 .通过阿贝折射仪测水，糖水，玻璃的折射率，掌握阿贝折射仪的使用，同时了解掠入射法测定液体折射率，反射法和掠入法测固体折射率，即掌握使用阿贝折射仪测定物质折射率的方法，另外通过对葡萄糖溶液折射率的测定，确定其浓度。
2.通过自行搭建干涉装置，掌握分振幅法产生双光束以实现干涉的原理，观察非定域干涉条纹，掌握用干涉条纹计数法测量空气折射率的原理与方法。
3.通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。
二.实验基础知识与实验原理1.阿贝折射仪是测物质折射率的专用仪器，他能快速而准确地测出透明液体，半透明液体或固体材料的折射率。
阿贝折射仪的光学系统由望远系统和读数系统组成，应用阿贝折射仪测量物质的折射率的方法是建立在全反射原理基础上的掠入射法，其中液体折射率由掠入射法测定而固体折射率由掠入法和反射法测定。
图 1 望远系统读数系统读书系统光路图图 2（阿贝折射仪）2.牛顿环测液体折射率,其中牛顿环是一种典型的等厚薄膜干涉现象，能充分显示光的波动性。
本文通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。
图3（牛顿环）牛顿环是一种典型的等厚薄膜干涉现象，能充分显示光的波动性。
本文通过研究对比空气和水在牛顿环里发生的干涉现象，更新了液体折射率的测试方法，使牛顿环的应用更加丰富，开拓了物理实验的新视野。
设计原理当以波长为x 的钠黄光垂直照射到平凸透镜上时，由液体膜上，下表面反射光的光程差以及干涉相消。
即暗纹条件：)1......)(2,1,0(2/)12(2/2=+=+=n n ne λλδ 式中e 为某一暗纹中心，所在处的液体膜厚度，k 为干涉级次。
利用图中的几何关系，可得：R r e 2/2= (r 为条纹半径），代入（1）式，有图4......)2,1,0(2/)12(2//2=+=+=n n R nr λλδ （2）则暗纹半径......)2,1,0(/==n k nR r k λ （3）若取暗纹观察，则第m ，k 级对应的暗环半径的平方nmR r m /2λ= （4） knR r n /2λ= （5）两式相减得平凸透镜的曲率半径)/()(22n m n r r R n m --= （6）观察牛顿环时我们也将会发现牛顿环中心由于形变，灰尘，水等的影响，中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。
测定折光率的原理及应用
测定折光率的原理及应用1. 引言折光率是描述光线在介质中传播速度变化的物理量。
准确测定折光率对于很多领域都有重要的应用，包括材料科学、光学工程、化学分析等。
本文将介绍测定折光率的原理和一些常见的应用。
2. 折光率的原理折光率（Refractive Index）是指光线从真空或空气射入某一介质后的传播速度与真空或空气中光速的比。
根据折射定律可以得到折光率的计算公式：\[ n = \frac{c}{v} \]其中，n表示折光率，c是光在真空或空气中的速度，v是光在介质中的速度。
3. 折光率的测定方法测定折光率的方法有很多种，常见的包括：3.1 折射法折射法是通过测量光线在不同介质中的折射角来确定折光率的方法。
根据折射定律，光线由一种介质射入另一种介质时，入射角和折射角之间满足如下关系：\[ n_1\sin(\theta_1) = n_2\sin(\theta_2) \]其中，n1和n2分别为两种介质的折射率，θ1和θ2分别为入射光线的入射角和折射光线的折射角。
通过测量入射角和折射角的数值，可以计算出折光率。
3.2 测量光线的路径延迟光线在介质中传播的速度和路径长度有关，可以通过测量光线在不同介质中的传播时间差来确定折光率。
这种方法需要准确测量光线的传播时间，一般通过高精度的光学设备进行实验。
3.3 波长变化法折光率与光的波长有关，当光通过不同介质时，波长会发生变化。
通过测量光线在不同介质中的波长变化，可以计算出折光率的数值。
4. 折光率的应用折光率的准确测定在很多领域都有广泛的应用：•材料科学：折光率是材料的重要物理参数，可以用来研究材料的光学性质，如透明度、折光率分布等。
•光学工程：折光率是光学设计中的重要参数，可以帮助设计出更有效率的光学器件，如透镜、光纤等。
•化学分析：折光率可以用来测定溶液的浓度，常用于化学分析中的折光计测量法。
•环境监测：折光率可以用来测定空气中的水汽含量，常用于大气湿度的测量。
教案-调整和使用迈克尔逊干涉仪以及用迈克尔逊干涉仪测空气折射率
调整和使用迈克尔逊干涉仪以及用迈克尔逊干涉仪测空气折射率迈克尔逊干涉仪是1883年美国物理学家迈克尔逊设计制成的用分振幅法产生双光束于涉的仪器，它是一种可以进行精密测量的，有着广泛应用的干涉仪。
一、实验目的1、了解迈克尔逊干涉仪的构造、原理，掌握其调节方法c2、学会用迈克尔逊干涉仪测定光波波长。
3、学习一种测量气体折射率的方法；4、进一步了解光的干涉现象及其形成条件，学会调节光路的方法。
二、实验仪器迈克尔逊干涉仪、He—Ne激光器、调节架和扩束镜、气室组件、数字气压计三、实验原理1、调整和使用迈克尔逊干涉仪图1 迈克耳孙干涉仪光路图迈克尔逊干涉仪的光路图如图1所示。
M1和M2是经精细磨光的平面反射镜，M2是固定的(称为定镜)，M1可通过精密丝杆的带动，在导轨上移动f称为动镜。
G1是平行平面玻璃板，后表面镀有一层半透明半反射的薄银膜(A)，这一层薄银膜(A)将入射光分成两束光强近似相等的反射光①和透射光②。
因此，G1称为分束板。
另外，G2为补偿板。
G1与G2是两块材料(折射率)和厚度均相同的平行平面的玻璃板，并且G2和G1彼此间严格平行。
G2的作用是使光束②在玻璃中的光程与光束①在玻璃中的光程相同。
从光源发出光束，被分束板G分成两束光强近似相等的反射光①和透射光②，光束①射到M1被反射过来，再透过G1到达观测者E处(或接收屏)；光束②透过G2射到M2上被反射回来，再透过G2后又经A反射而到达观测者E处(或接收屏)。
这两条光线是相干光，相遇发生干涉。
因此，在E处可观测到干涉条纹。
本实验主要观察到点光源产生的非定域干涉条纹，并利用这种条纹测量He—Ne激光器输出激光的波长。
用短焦矩透镜会聚后发散，可视为点光源S，点光源S经M1，M2反射后相当于由两个虚光源S1′、S2′发出的相干光束，如图1由S1、S2’到屏上任一点A，两光线的光程差△为212'1)S A S A ∆=-== 因为L>>d ，2222222222144144[()]]28()Ld d Ld d dR L R L R L L R ++∆≈⨯-⨯≈++++ 由图中三角关系：22cos (1sin )dd Lθθ∆=+ 略去二级无穷小项，可得2cos d θ∆= 明纹：2cos d k θλ∆==暗纹：2cos (21)2d k λθ∆==+当d 变化2Nλ时，(N 整数)即2d N λ∆=。
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。
用迈克尔逊干涉仪测量气体折射率
实验 用迈克耳孙干涉仪测量气体折射率[引言]大气中随着海拔高度的上升，空气变得稀薄，大气折射率n 随气体压强的降低而减小，使得光线在大气中传播发生弯曲，对航海中天顶角的测定有一定影响。
而天顶角的测定对船舶的定位起着重要作用，因此，了解气体折射率与大气压强之间的关系具有重要的实际意义。
迈克耳孙干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间中是分开的，人们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。
实际上常用它来测物质的折射率、厚度和气压等一切可以转化为光程变化的物理量。
[实验目的]1．了解迈克耳孙干涉仪的结构、工作原理和使用方法。
2．学习一种测量气体折射率的方法。
[实验器材]氦氖激光器，扩束镜，迈克尔孙干涉仪，气室（带充气装置），数字气压计。
[实验原理]在迈克耳孙干涉仪光路的一个测量光路上放置一个气室，干涉图样随气室里气体气压的变化而变化：当气压增加时，干涉圆环从中心 “吐出”；反之，干涉圆环向中心“吞入”。
通过研究气体压强变化与条纹移动的关系可以得到气体折射率。
当气室内气体压强改变p ∆时，使气体折射率改变n ∆，光程差改变n L ∆2，从而引起干涉条纹移动N 个，则有λN n L =∆2，于是有：LN n 2λ=∆ （1） 其中，L 为气室长度，λ是光的真空波长。
通常，在温度处于15～30C范围时，空气折射率可用下式计算：9,10003671.018793.2)1(-⨯+=-tpn p t （2）式中温度t 的单位为C ，气压p 的单位为Pa 。
在温度一定下，气体折射率p n )1(-与气压p成正比。
因此有：=∆∆=-pnp n 1常数 整理得： p p nn ∆∆+=1将式（1）代入上式得： ppL N n ∆+=21λ （3）式（3）给出了在气压p 时的空气折射率。
[实验内容]1．调节迈克耳孙干涉仪，使其在接收屏上观察到干涉条纹。
2．向气室中充气加压，记录气压值1p 。
折射率实验报告
折射率实验报告折射率实验报告实验目的：1.了解折射现象及折射率的概念；2.掌握测量光线折射角的方法；3.通过实验测量不同材料的折射率。
实验仪器：平行板、光源、刻度尺、卡尺、三角板。
实验原理：折射率n是指光线在从一种介质射到另一种介质时，两种介质间折射角度与入射角度的比值。
即n=sin i / sin r。
其中i为光线的入射角，r为折射角。
实验步骤：1.将平行板放在平整的桌面上，确保平行板两面平行。
2.将光源放在平行板的一侧，使光线垂直射入平行板。
3.在平行板上方，用刻度尺测量入射光线的角度i，并记录下来。
4.在平行板下方，用刻度尺测量折射光线的角度r，并记录下来。
5.根据测得的角度i和r，利用折射率的计算公式n=sin i / sin r，计算出折射率n。
6.重复实验3-5步骤，分别测量不同材料的折射率。
实验结果：测得不同材料的折射率如下表所示：材料 | 折射率-------|-------空气 | 1.00水 | 1.33玻璃 | 1.50塑料 | 1.46实验分析：通过测量，可以发现不同材料的折射率是不同的。
空气的折射率为1.00，因为空气是最基础的介质，其他物质的折射率都是相对于空气而言的。
水的折射率为1.33，玻璃的折射率约为1.50，塑料的折射率约为1.46。
可以看出，不同材料的折射率与材料的光密度有关，光密度越大，折射率越大。
实验总结：通过本次实验，我们掌握了测量光线折射角的方法，并且测得了不同材料的折射率。
折射率是材料的一个重要光学性质，在光学领域有着广泛的应用。
通过实验，我们深入理解了折射率的概念，并了解了不同材料的折射率差异。
同时，在实验过程中，我们也学会了如何使用仪器进行角度测量，并记录实验数据。
实验结果与理论相符，实验顺利完成。
迈克尔逊干涉仪测量空气折射率[整理]
![迈克尔逊干涉仪测量空气折射率[整理]](https://img.taocdn.com/s3/m/9f1fc20a58eef8c75fbfc77da26925c52cc591c2.png)
空气折射率的测量学习要点和重点：1、迈克尔逊干涉仪原理，2、利用迈克尔逊干涉原理测量气体折射率的方法。
学习难点：1、光路的调整，2、干涉条纹变化数目的读取。
迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间上是分开的，在其中一支光路上放进被研究对象不会影响另一支光路。
本实验利用迈克尔逊原理测量空气折射率。
一、实验目的与要求1、学习一种测量气体折射率的方法；2、进一步了解光的干涉现象及其形成条件；3、学习调整光路的方法。
二、实验仪器He-Ne激光器、反射镜2个、分束镜、扩束镜、气室、打气球、气压表、毛玻璃等。
三、实验原理迈克尔逊干涉仪光路示意图如图1所示。
其中，G为平板玻璃，称为分束镜，它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。
M 1、M2为互相垂直的平面反射镜，M1、M2镜面与分束镜G均成450角；M1可以移动，M2固定。
2M'表示M2对G金属膜的虚像。
从光源S发出的一束光，在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。
光束1从G反射出后投向M1镜，反射回来再穿过G；光束2投向M2镜，经M2镜反射回来再通过G膜面上反射。
于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇，发生干涉。
由图1可知，迈克尔逊干涉仪中，当光束垂直入射至M1、M2镜时，两束光的光程差δ为2M 图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图)(22211L n L n -=δ （1）式中，1n 和2n 分别是路程1L 、2L 上介质的折射率。
设单色光在真空中的波长为λ，当,3 ,2 ,1 ,0 ,==K K λδ （2）时干涉相长，相应地在接收屏中心的总光强为极大。
由式（1）知，两束相干光的光程差不但与几何路程有关，还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，因光程的相应改变而引起的干涉条纹的变化数为N 。
由（1）式和（2）式可知112L N n λ=∆ （3）例如：取nm 0.633=λ和mm L 1001=，若条纹变化10=N ，则可以测得0003.0=∆n 。
迈克耳逊干涉仪测定空气折射率(1).
迈克耳逊干涉仪测定空气折射率实验人：C09计算机2班邱正丹091316236合作人：C09计算机2班吴健091316314指导老师：赵仲飚[摘要]：本文是利用迈克耳逊干涉仪，通过在实验装置中增设可调压强的气室，实现对干涉图样的实时观察和气体折射率的较精确测量。
[关键词]：研究型物理实验;迈克耳逊干涉仪;折射率[引言]：在当今的社会，面对竞争日益激烈的就业市场，也是人才的竞争，如何培养创新型的人才已经是个很重要的要求。
对理工科各专业来说，大学物理实验教学对培养学生的实践能力、分析和研究问题的能力起到十分重要的作用，因此在高校创新型人才的培养中，大学物理实验教学的改革首当其冲。
这需要我们有很好的理解和分析能力，特别是对数据的处理有很好的分析能力。
本实验是要求学生自己对实验原理的理解，自己动去手完成，不在只是单纯的照搬书本上，长期以来，由于受应试教育和传统文化等方面的影响，与国外学生相比我国的学生学习非常刻苦、理论知识相当扎实，但在动手能力和创新意识上显得不足。
而另一方面，目前大学物理实验教学中也存在许多不利于学生创新能力培养的因素，突出表现在实验内容偏重于验证性，实验的理念、思想、方法和手段落后等。
为改变这一格局，近年来，各高校和教学管理部门都十分重视对“综合性、设计性、研究性”实验的开设要求。
但究竟什么是综合性、设计性、研究性实验，如何开设这样的实验，仍然需要作深入的研究和教学实践。
本文就如何开设研究型实验作一探讨，并给出一个研究型实验案例作详细的实验分析。
实验装置如图1所示。
本实验是建立在迈克尔逊干涉光路之基础上来做的。
光路原理从略。
下面简单介绍一下非定域干涉。
激光束经短焦距凸透镜会聚后可得点光源，它发出球面波照射—干涉仪，经分束，及、反射后射向屏H的光可以看成是由虚光源、发出的（如图2-14-2）。
其中为点光源经及反射后成的象，为点光源经及反射后成的象（等效于点光源经及反射后成的象）。
这两个虚光源、发出的球面波，在它们能相遇的空间里处处相干，即各处都能产生干涉条纹。
空气折射率测定实验报告
空气折射率测定实验报告空气折射率测定实验报告引言：空气折射率是光在空气中传播时的光速与真空中光速之比，它是光在不同介质中传播时的重要参数。
本实验旨在通过测定空气中的折射率，探究光在不同介质中的传播规律，并了解光在不同介质中传播速度的变化。
一、实验原理1. 折射定律实验中我们将利用折射定律来测定空气的折射率。
折射定律表明，入射光线、折射光线和法线三者在同一平面内，并且入射角i、折射角r和折射率n之间满足sin i / sin r = n。
2. 斯涅耳定律斯涅耳定律是描述光从一种介质射向另一种介质时发生反射的规律。
根据斯涅耳定律，入射角和反射角之间满足i = r。
二、实验步骤1. 实验器材准备准备一块平整的玻璃板、一支白纸、一支笔和一支测量角度的仪器。
2. 实验装置搭建将玻璃板竖直放置在桌面上，用白纸固定在玻璃板上方，以确保光线能够通过玻璃板。
将仪器放在桌面上，并调整仪器位置，使其能够测量入射角和折射角。
3. 测量入射角和折射角在白纸上标记出入射光线的路径，即从空气射向玻璃板的路径。
利用仪器测量入射角和折射角的大小，并记录下来。
4. 计算空气折射率根据折射定律，利用测得的入射角和折射角的数值，计算空气的折射率。
三、实验结果与分析在实验中，我们测量了多组入射角和折射角的数值，并通过计算得到了空气的折射率。
实验结果显示，空气的折射率约为1.0003。
通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 空气的折射率接近于1，说明光在空气中的传播速度接近于真空中的传播速度。
2. 光线从空气射向玻璃板时发生折射，折射角小于入射角，说明光在从光疏介质射向光密介质时会向法线方向弯曲。
3. 实验结果的误差主要来自于测量角度的仪器精度和测量角度时的人为误差。
四、实验改进与展望在本次实验中，我们使用了简单的装置和方法来测量空气的折射率。
然而，由于实验条件的限制，我们并未考虑到空气中的湿度和温度对折射率的影响。
未来的研究可以进一步探究这些因素对折射率的影响，并寻找更准确的测量方法。
空气折射率的测定
实验11 空气折射率的测定利用迈克尔逊干涉仪的两束相干光在空间各有一段光路分开，通过在其中一支光路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一种思路和方法。
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）迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪（带空气室、压力测定仪）压力测定仪性能指标：1、输入电压：220V、50Hz2、测量范围：0~0.12MPa3、仪器精度：2.5%注：本实验要求，开始时气室内压强与外大气压强差大于0.09MPa。
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）（1）图1 图2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-2L1整理得：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=k1λδ2=2（L2-L1）+2(n2-1)L=k2λ令：∆n=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。
2∆nL=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：式中，t （℃）为温度，p （Pa ）为压强。
在室温下，温度变化不大时，（n-1）可以看成是压强的线性函数。
用干涉法测定空气折射率
用干涉法测定空气折射率迈克尔逊干涉仪中的两束相干光各有一段光路在空间是分开的，两相干光束的光程差的改变可以由移动一个反射镜或在一光路中加入另一种介质得到，在其中一条光路中放进被研究对象不会影响另一光路，因此，常用它来测量，如物质的折射率、厚度的变化、气压等一切可以转化为光程变化的物理量。
本实验利用分立光学元件在光学平台上搭建迈克尔逊干涉装置，在干涉仪的一个臂中插入小气室来测定空气的折射率。
【实验目的】1、 通过自行搭建干涉装置，掌握分振幅法产生双光束以实现干涉的原理；2、观察非定域干涉条纹；3、掌握用干涉条纹计数法测量空气折射率的原理与方法。
【实验原理】光路原理图参见教材实验36。
本实验先调出非定域干涉圆条纹，再插入小气室，使小气室的气压变化ΔP ，从而气体折射率改变Δn ，这时光经小气室的光程发生变化2l Δn ，引起干涉条纹“吞”或“吐”N 条。
在一定温度15~30℃，气压不大时，气体折射率的变化量Δn 与气压变化量ΔP 成正比：λ为He-Ne 激光器波长（632.8nm ），大气压P 为1.01325×105Pa ，l 为气室长度，N 为干涉条纹在气压改变ΔP 下的移动量（冒出或缩进圆环个数）。
通常，在温度处于15~30℃范围时，空气折射率可用下式计算：()9,10003671.018793.21-⨯+=-tP n P t 式中温度t 的单位为℃，压强P 的单位为Pa 。
【实验装置】1）He-Ne激光器 2）激光器架（SZ-42） 3）三维调节架（SZ-16） 4）扩束器 5）升降调节座（SZ-03） 6）三维平移底座（SZ-01） 7）分束器BS 8）通用底座（SZ-04）9）白屏H 10）干版架（SZ-12） 11）气室（带充气装置与气压表）AR 12）二维调节架（SZ-19） 13）二维平移底座（SZ-02） 14）二维架（SZ-07） 15）平面镜M116）二维平移底座（SZ-02） 17）二维平移底座（SZ-02） 18）平面镜M219）二维架（SZ-07） 20）升降调节座（SZ-03）【实验内容】（一）观察非定域干涉条纹要求在光学平台上自行搭建迈克尔逊干涉装置。
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。
大气折光系数的测定方法浅述
大气折光系数的测定方法浅述
大气折光系数是指地平面垂直到地表的太阳辐射中，由于微小气体元素构成的
大气层和多层云而被折射的比率。
它对地面的入射辐射和自然环境的准确估算有重要作用。
测定大气折光系数通常采用称为“Langley-Lief-Cooper”（LL）法的归一法。
在这种方法中，采集地表、地表和大气上每种气体成分分别所折射的能量长度（单位为微米），然后将每种气体折射率（单位为能量微米定积分）进行相应调整，最终计算出每种气体折射能量在空间特定点的累加型折射系数。
如果折射系数被测定为“无穷”，则表示在两点之间以良好的空气条件下的太
阳辐射的归一性差异，可以通过测量机械，辐射，气象或环境条件来补偿。
此外，还可以通过计算模型、组合技术或遥感技术来测定大气折光系数。
这些
方法可以用于天气卫星图像或者衍射散射辐射测量计数等，从而得到精确的气象要素，如温度和湿度等。
总而言之，大气折光系数的测定对于正确估算地表的太阳辐射和环境参数至关
重要。
最常用的方法是LL法是将折射率调整后计算折射系数，也可以通过计算模型、结合技术或遥感技术来获取准确的大气折射系数。
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空气折射率的测定
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
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空气折射率的测定
〖摘要〗本实验利用分立光学原件在光学平台上搭制迈克尔孙干涉仪和夫琅禾费双缝干涉装置来测定空气的折射率。
〖关键词〗空气折射率;迈克尔孙干涉;夫琅禾费双缝干涉
1引言
介质的折射率是表征介质光学特性的物理量之一,气体折射率与温度和压强有关,。
气折射率对各种波长的光都非常接近于1,然而在很多科学研究领域中，仅把空气折射率近似为1远远满足不了科研的要求，所以研究空气折射率的精确测量方法是很必要的。
本实验将用迈克耳孙干涉仪（分振幅法）和夫琅禾费双缝干涉（分波前法)2种方法对空气折射率进行测量（参考值为1.００0296)。
【１】
2 实验原理
⑴迈克尔逊干涉仪的原理见图1。
其中Ｇ为平板玻璃,称为分束镜。
它的一个表面镀有半反射金属膜，使光在金属膜处的反射光束与透射光束的光强基本相等。
M1、M2为互相垂直的平面反射镜M1、M2镜面与分束镜Ｇ均成４5°角，M１可以
移动,M2固定。
2
M表示M2对G金属膜的虚像。
从光源S发出的一束光,在分束镜G的半反射面上被分成反射光束1和透射光束2。
光束１从Ｇ反射出后投向M1镜,反射回来再穿过G。
光束2投向Ｍ2镜,经M ２镜反射回来再通过G膜面上反射。
于是，反射光束1与透射光束2在空间相遇发生干涉。
理论证明在温度和湿度一定的条件下当气压不太大时气体折射率的变化
量n 与气压的变化量p ∆成正比:
1n n
p p
-∆==∆常数 所以：
1n
n p p
∆=+
∆ 又可得:
12N P
n L p
λ=+
∆
上式给出了气压为p 时的空气折射率ｎ。
可见
只要测出气室内压强由1p 变化
到2p 时的条纹变化数ｎ即可计算压强为p 的空气折射率n 气室内压强不必从0开始。
(２) 用夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率
激光经扩束后照亮平行光管狭缝由平行光管出射的平行光经双缝分割成两束相干光
并分别通过两气室Ａ、B 经成像透镜L ２、L3后在屏上形成干涉条纹。
当B 室相对于A 室
气压变化ΔP 时引起干涉条纹移动ΔN 条则空气折射率n 可由下式计算
001p T n n p T l
λ
∆=+
∆
式中△Ｎ/ΔＰ是每变化1０mmHg 的气压时干涉系统的移动数目。
0P 是标准大气压（7６0ｍmHg)，T 是气体温度（k)，0T 是标准状态温度(273k)，ｌ为气室长度,λ为半导体激光波长(650n ｍ)
3实验过程
1. 迈克耳孙干涉仪测空气折射率
(１）按图一调节迈克耳孙干涉仪的光路,使观测屏上出现清晰、宽窄适中的干涉条纹。
(２）打开阀门，将气室放气（使气室内压强等于大气压);关闭阀门,向气室内充气,使条纹以合适速率移动。
(3)记录条纹级数变化N 与对应的气室内压强变化△P 。
(4)根据公式12N P
n L p
λ=+
∆,计算压强为p 时的空气折射率ｎ
（２） 用夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率
(１）按图二调节夫琅禾费双缝干涉的光路,先用激光调节光路,使屏上光点重合，再加入扩束器,观测屏上应出现清晰的圆环状干涉条纹。
(2)打开阀门，将气室放气(使气室内压强等于大气压）;关闭阀门,向气室内充气，使条纹以合适速率移动。
(３）记录圆环变化数Ｎ与对应的气室内压强变化△P 。
（4）根据公式001p T n n p T l
λ
∆=+
∆计算空气折射率。
4 实验结果及分析
(1) 用迈克耳逊干涉仪测定空气折射率
为减小误差,我一共进行了两次实验,结果如下 nm 650=λ，mm l 200=，mmHg P 7600=。
N
2
4
6 8 10 １2 14 △P/m ｍH ｇ
2 8１ △P/ｍmH ｇ
6
7５
用excel 模拟结果如下：
%
两组数据直线斜率分别为660.4,964.421==k k ,代入公式12N P
n L p
λ=+
∆，即可算得:
000249.11=n ,相对误差为％0047.0％100000296.1000296
.1000249.1=⨯-=
r U ,
000281.12=n ，相对误差为％0015.0％100000296
.1000296
.1000281.1=⨯-=
r U 。
则第二组数据更接近标准值。
⑵夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率
同样，为减小误差，我进行了两次重复试验，结果如下
nm 650=λ，mm l 200=,mmHg P 7600=，k T 2730=，T=3０0Ｋ
用ｅxc ｅｌ模拟结果如下
两组数据直线斜率分别为589.9,946.821==k k ,带入公式001p T n n p T l
λ
∆=+
∆,即可算得
000261.11=n ,相对误差为％0035.0000296.1000296
.1000261.1=-=
r U
000283.12=n ,相对误差为％0013.0000296
.1000296
.1000283.1=-=
r U
显然。
第二组数据更接近与标准值。
结果分析:
㈠本实验采取了两种方法测量空气折射率,用迈克尔孙干涉仪测量所得结果为
000281.1=n ,相对误差
％
0015.0=r U ；采用夫琅和费双缝干涉装置测定空气折射率的结
N 2 4 ６ ８ 10 12 １４ △P/ｍm Ｈg
3
140 １62 △P ／mmHg ２7 65
88
1
果为000283.1=n ，相对误差为
％
0013.0=r U 。
两种方法都具有较高的实验精度。
㈡ 本实验需要测的数据有气压值，以及干涉条纹的移动数目。
准确测量这两组数据的难度都比较大，这也是实验误差的主要来源。
①测量气压值时，由于实验所用气压表本身精度并不是很高，而且由于气室的密闭性较差，在读数时气压一直在下降，因此给气压测量带来较大的难度。
另外，在气压加到较高值时，略微放松气囊就会使气压大幅下降，因此要适当选取Ｎ值区间来避免所加气压太高。
②在迈克尔孙干涉仪实验中,干涉条纹为明暗相间的直条纹，在调整元件时,一定要使光点完全重合，否则会使干涉条纹不够清晰,甚至没有干涉条纹,增大读数难度：夫琅禾费双缝干涉仪的干涉条纹为环状条纹,要注意加压时不能太快,否则难以数清出条纹改变数。
㈢实验的误差来源还有，气室中气体温度的变化，气室长度的测量误差等。
由于光学实验对精度的要求较高,因此微小的误差就会对结果造成较大影响,所以我们要采取合理的方法去减小这些可能的误差。
㈣由于数值的计算牵涉到小数点后６~7位因此有效数位的取舍是否得当对实验的结果影响较大。
在进行实验时就需要考虑到这一点,各测量数据要取合适的有效数字。
5总结
本实验用迈克耳孙干涉仪(分振幅法）和夫琅禾费双缝干涉（分波前法）２种方法对空气折射率进行测量（参考值为１．0０02９６)。
迈克耳孙干涉仪法测得结果为000281.1=n ,夫琅禾费双缝干涉法测得结果为000283.1=n 。
两者都比较接近于理论值,这也说明了两种实验方法的精度都比较高。
参考文献
【1】周殿清，张文炳,冯辉．基础物理实验[M].北京:科学出版社，２00９.。