迈克尔逊干涉仪测量空气折射率实验报告

南昌大学物理实验报告课程名称：普通物理实验（2）

实验名称：空气折射率

学院：专业班级：

学生姓名：学号：

实验地点：座位号：

实验时间：

一、实验目的：

1.进一步了解光的干涉现象及其形成条件，掌握迈克耳孙干涉光路的原理和调节方法。

2.利用迈克耳孙干涉光路测量常温下空气的折射率。

二、实验仪器：

迈克耳孙干涉仪、气室组件、激光器、光阑。

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。

M1、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，M2M2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

（1）

（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。

1）式和（2）式可知

（3）

路中折射率的微小变化。

的光的折射率，它与真空折射率之差为

O

图1 迈克尔逊干涉仪光路示意图

方便地测量，且准确度高。

四、 实验装置：

实验装置如图2所示。用He-Ne 激光作光源（He-Ne 激光的真空波长为

，并附加小孔光栏H 及扩束镜T 。扩束镜

T 可以使激光束扩束。

小孔光栏H 是为调节光束使之垂直入射在M1、M2镜上时用的。另外，为了测量空气折射率，在一支光路中加入一个玻璃气室，

气压表用来测量气室内气压。在O 处用毛玻璃作接收屏，在它上面可看到干涉条纹。

然后再向气室内缓慢充气，此时，在接收屏上看到条纹移动。当气室内压强由0

1

3）可知

（4）

但实际测量时，气室内压强难以抽到真空，因此利用（4）式对数据作近似处理所得结果的误差较大。应采用下面的方法才比较合理。

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

图2 测量空气折射率实验装置示意图

气压表

常数=∆∆=-p n

p n 1

所以

p

p

n n ∆∆+

=1 （5）

将（3）式代入该式，可得

p

p L N n ∆+

=21λ （6）

式（6）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 ，即可由式（6）计算压强为p 时的空气折射率n ，气室内压强不必从0开始。

例如，取p =1.01325，改变气压p ∆的大小，测定条纹变化数目N ，用（6）式就可以求出一个大气压下的空气折射率n 的值。

五、实验步骤：

1.转动粗动手轮，将移动镜移动到标尺100cm 处；调节迈克耳孙干涉仪光路，在投影屏上观察到干涉条纹。

2.将气室组件放置在导轨上（移动镜前方），调节迈克耳孙干涉仪的光路，在投影屏上观察到干涉条纹即可。注意：由于气室的通光墙玻璃可能产生多次反射光点，可用调动1M 、2M 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，液晶屏显示“.000”。

5.关闭气球上的阀门，鼓气使气压值大于0.09MPa ，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 。

六、实验数据及数据分析处理：

室温=t 15 C 0；大气压=0p 1.01325；=L 95mm ；0.633=λnm; =N 60。

实验次数

1

2

3

4

5

6

P1/Mpa0.0940.0930.0980.0960.0940.097 P2/Mpa0.0320.0310.0350.0350.0320.036ΔP/Mpa0.0620.0620.0630.0610.0620.061

平均值

空气折射率n=1.032774

标准差=0.01184

七、注意事项

1、点燃激光管需要几千伏直流高压，调节时不要碰到激光管上的电极，以免触电。强光还会灼伤眼睛，注意不要让激光直接射入眼睛。

2、不要触摸光学表面。

3、防止小气室及气压表摔坏。打气时不要超过气压表量程。

4、实验中必须保持安静，尽量避免在实验台附近走动。