实验讲义

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霉菌所致,光学仪器的金属机械部分也会产生锈斑,使光学仪器失去原来的光洁度,影响仪器的精度,寿命和美观。

2)腐蚀,脱胶

光学元件表面因受到酸、碱等化学物品的作用时,会发生腐蚀现象。如有苯、乙醚等试剂流到光学元件之间或光学元件与金属的胶合部分,就会发生脱胶现象。

2.使用和维护光学仪器的注意事项

(1)在使用仪器前必须认真阅读仪器使用说明书,详细了解所使用的光学仪器的结构、工作原理、使用方法和注意事项,切忌盲目动手,抱差试试看的心理。

(2)使用和搬动光学仪器时,应轻拿轻放,谨慎小心,避免受震、碰撞,更要避免跌落地面。光学元件使用完毕,不应随便乱放,要做到物归原处。

(3)仪器应放在干燥、空气流通的实验室内,一般要求保持空气相对湿度为

60~70%,室温变化不能太快和太大。也不应让含有酸性或碱性的气体侵入。

(4)保护好光学元件的光学表面,绝对禁止用手触入,只能用手接触经过磨砂的“毛面”,如透镜的侧边,棱镜的上下底面等。若发现光学表面有灰尘,可用毛笔、镜头纸轻轻擦去。也可用清洁的空气球吹去;如果光学表面有脏物或油污,则应向教师说明,不要私自处理;对于没有镀膜的表面,可在教师的指导下,用干净的脱脂棉花蘸上清洁的溶剂(酒精、乙醚等),仔细地将污渍擦去,不要让溶剂流到元件胶合处,以免脱胶;对于镀有膜层的光学元件,则应由指导教师作专门的技术处理。

(5)对于光学仪器中机械部分应注意添加润滑剂,以保持各转动部分灵活自如,平稳连续,并注意防锈,以保持仪器外貌光洁美观。

(6)仪器长期不使用时,应将仪器放入带有干燥剂(硅胶)的木箱内,防止光学元件受潮、发生霉变,并做好定期检查,发现问题及时处理。

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实验一 麦克尔逊干涉仪测定空气折射率

一、实验目的

学习麦克尔逊干涉仪的组装,掌握用于测定空气折射率的原理及其方法。

二、实验原理

在测定空气折射率实验中,若气室内空气压力改变了?p,折射率随之改变了?n,就会导致光程差增大?,引起干涉条纹N个环的变化。设气室内空气柱长度为l,则

??2?nl?N?

?n?N?/2l (1)

若将气室抽真空(室内压强近似于零,折射率n?1),再向室内缓慢充气,同时计数干涉环变化数N,由公式(26-1)可计算出不同压强下折射率的改变值?n,则相应压强下空气折射率

n?1??n

若采取打气的方法增加气室内的粒子(分子和原子)数量,根据气体折射率的改变量与单位体积内粒子数改变量成正比的规律,可求出相当于标准状态下的空气折射率

n0。对有确定成分的干燥空气来说,单位体积内的粒子数与密度?成正比,于是有

n?1? (2) ?n0?1?0式中?0是空气在热力学标准状态下(T0 =273K,p0 =101,325 Pa)下的密度,n0是相应状态下的折射率;n和?是相对于任意温度T和压强p下的折射率和密度。

联系理想气体的状态方程,有

?pT0n?1 (3) ???0p0Tn0?1若实验中T不变,对上式求p的变化所引起的n的变化,则有

?n?n0?1T0??p (4) p0T 18

因T?T0(1??t)(其中?是相对压力系数,等于1/273.15 = 3.661×10-3℃-1,t是摄氏温度,即室温),代入式(26-4)有

?n?于是

n0?1?p ?p0(1??t)n0?1?p0(1??t)将式(26-1)代入(26-5)得

?n (5) ?pn0?1?p0(1??t)N (6) 2l?p??测出若干不同的?p所对应的干涉环变化数N,N-?p关系曲线的斜率即为N?p。p0和?为已知,t见温度计显示,?和l为已知,一并代入式(26-6)即可求得相当于热力学标准状态下的空气折射率。

根据式(26-3)求得p0代入式(26-4),经整理,并联系式(26-1),即可得

n?1?N?p? (7) 2l?p其中的环境气压p从实验室的气压计读出,根据(26-7)式,通过实验即可测得实验环境下的空气折射率。

三、实验装置

1:He-Ne激光器L 2:激光器架 (SZ-42) 3:二维架 (SZ-07) 4:扩束器BE

5:通用底座(SZ-04) 6:二维平移底座(SZ-02) 7:分束器BS

8:通用底座 (SZ-04)

11:气室AR

12:二维调节架(SZ-19) 13:通用底座(SZ-04) 14:二维架(SZ-07) 15:平面镜M1 16:通用底座(SZ-04 17:通用底座(SZ-04)) 18:平面镜M2

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9:白屏H

10:干版架(SZ-12)

H19:二维架(SZ-07) 20:通用底座(SZ-04)

12L34LK567891011AR12131415M116BS19201817M20150300图1

四、实验步骤

1)将各器件夹好,靠拢,调等高。

2)调激光光束平行于台面,按图28-1所示,组成迈克耳孙干涉光路(暂不用扩 束器)。

3)调节反射镜M1和M2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(40kPa)为止,记为△p。 6)缓慢松开气阀放气,同时默数干涉环变化数N,至表针回零。 7)计算实验环境的空气折射率

n?1?N?pamb ?2l?p其中激光波长λ和气室长度l为已知,环境气压pamb从实验室的气压计读出。本实验应多次测量,干涉环变化数可估计出一位小数。

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