空气折射率的测量原理及方法

《空气折射率的测量原理与方法》 空气折射率是物理学中一个重要的参数，它直接影响光在大气中的传播路径和速度。本实验旨在通过迈克尔逊干涉仪测量空气的折射率，以此深入理解光的干涉现象，并掌握精确测量微小物理量的方法。 实验原理基于光的干涉现象。迈克尔逊干涉仪利用分束镜将一束激光分为两部分，分别沿着不同的路径传播（光线1和光线2），然后在特定位置重新合并，形成干涉条纹。当两束光的光程差为波长的整数倍时，会观察到明条纹；若光程差为半波长的奇数倍，则出现暗条纹。空气折射率的变化会导致光程差的变化，从而影响干涉条纹的位置。 实验中，首先在干涉仪中放入一根充满空气的管子，然后通过调整气压改变空气的折射率。根据折射率与压力的关系，可以得到空气折射率的表达式。在15到30摄氏度的常温范围内，空气折射率可以通过气体分子密度和温度计算得出。实验中，我们通过吞吐条纹数来间接测量折射率的变化，每吞进40个条纹表示折射率改变了约一个波长。 实验步骤包括：调节干涉仪，放置空气组件并连接仪表，通电调零，加压观察条纹变化，记录数据，最后进行数据处理。在数据处理阶段，使用Matlab编程计算平均值、方差，并根据公式计算出空气的折射率。在本实验中，得到的空气折射率为1.0066，相对误差为0.63%，证明了利用光学特性可以对空气折射率进行较为准确的测量。 实验误差主要来源于两个方面：一是吞吐条纹数m的测量可能存在偏差，二是未考虑光波通过玻璃管壁时的额外光程差。这两点是影响测量精度的关键因素。 通过空气折射率的测量实验，我们不仅学习了光的干涉原理，还掌握了利用精密仪器测量微小物理量的方法。这对于我们理解大气光学现象和提升实验技能具有重要意义。同时，也强调了在实际操作中注意误差来源并采取相应措施的重要性。