实验11旨在测定空气的折射率,这是一项基于光学干涉原理的技术性实验。实验的核心工具是迈克尔逊干涉仪,这是一种精密的光学设备,常用于测量微小的距离变化。迈克尔逊干涉仪由动镜和定镜组成,两束相干光在空间中分开,其中一支光路会穿过一个装有空气的气室,而另一支不受影响。通过观察干涉条纹的变化,可以推算出空气的折射率。
实验目的主要有两个:一是理解空气折射率与压强之间的关系,二是熟练掌握迈克尔逊干涉仪的使用方法。实验过程中,需要使用迈克尔逊干涉仪(配备加长定镜和空气室)、压力测定仪、空气室、气囊和橡胶管等设备。压力测定仪的性能指标包括输入电压、测量范围和精度。
实验原理基于等倾干涉,光程差由两束光到达观测点O的路径决定。在气室中加入空气后,光程差会随着折射率的变化而变化,进而影响干涉条纹的位置。通过记录不同压强下条纹级别的变化,可以建立折射率与压强的数学关系。在一定温度范围内,空气的折射率可表示为与温度和压强相关的函数。实验中,通过测量从不同初始压强变化到真空时条纹数目的变化,可以计算出折射率。
实验步骤包括安装设备、调整干涉仪、观察干涉环、充气和放气以改变气室压强,并记录每次压强变化时的条纹数。最终,利用测量得到的数据和公式bppsLLnm2121可以计算出空气的折射率。实验中要注意安全,避免激光直射眼睛,同时保护好设备,特别是充气阀门和光学元件。
实验数据的处理包括计算每个测量值的偏差、偏差平方和,从而得出标准偏差,用于评估测量的不确定度。实验结果的讨论应包括分析误差来源、改进措施以及实验对理论知识的理解深化。
该实验是物理光学领域的一个重要实践,它不仅锻炼了学生的动手能力,还加深了他们对光的干涉现象、折射率与压强关系的理解,以及对精密光学仪器使用的掌握。通过这个实验,学生能够直接体验到理论知识在实际问题中的应用,提高科学探究的能力。