WAN 数字空气折射率测定仪 说明书.docx

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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，当光束垂直入射至C、D镜面时两光束的光程差

可以表示成

（1-1）

式中

和

分别是路程

和

上介质的折射率。

设单色光在真空中的波长为

，当

，K=0，1，2……（1-2）

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

支路上介质折射率改变

时，因光程差的相应变化而引起的干涉条纹变化数为

，由式（1-1）和式（1-2）可知

（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

，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

变到0时，折射率由

变到1，若屏上某一点（通常观察屏的中心）条纹变化数为m，则由式（1-3）可知

（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：

（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，

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

，由此得

（1-6）

代入式（1-4）得

（1-7）

可见，只要测出管内压强由

变到

时的条纹变化数

，即可由式（1-7）计算压强为

时的空气折射率

，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。

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0.09Mpa，读出数字仪表数值

，取对应的

=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

。

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

的绝对平均值

，并求出其标准偏差

，代入（1-7），算出空气折射率为

（1-8）

式中

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）移动到（或直接放置）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，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

，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

。

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

的6次平均值

，并求出其标准偏差

。

七、数据记录与处理：

室温

℃；大气压

Pa；L=95Cm；

nm；m=60。

i

1

2

3

4

5

6

平均值

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11根

4.气管21根

5.长支撑条1根

6.M3螺钉4颗

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？

维修记录：

日期

检修记录

处理结果

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