不同壓強(qiáng)對(duì)空氣折射率的影響

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【摘要】我們是當(dāng)今社會(huì)的人才，祖國(guó)的興旺興隆需要我們的努力和奮斗，對(duì)科學(xué)領(lǐng)域的探索有利于科技的進(jìn)展，并且造福于人類(lèi)社會(huì)?？萍既招略庐?，經(jīng)濟(jì)高速進(jìn)展，創(chuàng)辦現(xiàn)代化社會(huì)需要我們的創(chuàng)新，因而如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新才能的高素質(zhì)人才受到了社會(huì)的普遍關(guān)注。

【關(guān)鍵詞】壓強(qiáng)空氣折射率

國(guó)家要求具有創(chuàng)新才能的人才，祖國(guó)的創(chuàng)辦需要人才的培養(yǎng)因而現(xiàn)今的“新苗人才”籌劃以及科技創(chuàng)新等等的出臺(tái)都是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的人才。對(duì)理工科各專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，大學(xué)物理測(cè)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐才能、分析和研究問(wèn)題的才能起到特別重要的作用，因此在高校創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)中，大學(xué)物理測(cè)驗(yàn)教學(xué)的改革首當(dāng)其沖。從小到大，我們體驗(yàn)了多數(shù)次的大考和小考，以及中考，高考。中國(guó)的教導(dǎo)走向了極端化，應(yīng)試教導(dǎo)成了終點(diǎn)，沒(méi)有人夢(mèng)想中國(guó)的教導(dǎo)走向應(yīng)試教導(dǎo)，但是長(zhǎng)期以來(lái)，我們受到了傳統(tǒng)文化的束縛，儒家思想，寒窗苦讀10年載的影響，與外國(guó)學(xué)生相對(duì)比，我們中國(guó)的學(xué)生可謂是嘔心瀝血，學(xué)習(xí)刻苦，理論學(xué)識(shí)學(xué)習(xí)的相當(dāng)扎實(shí)，但是我們?cè)谡嬲膶W(xué)習(xí)創(chuàng)新上有明顯的缺乏，動(dòng)手才能和創(chuàng)新意識(shí)上顯得分外薄弱。目前大學(xué)物理測(cè)驗(yàn)教學(xué)中也存在大量不利于學(xué)生創(chuàng)新才能培養(yǎng)的因素，突出表現(xiàn)在測(cè)驗(yàn)內(nèi)容偏重于驗(yàn)證性，測(cè)驗(yàn)的理念、思想、方法和手段落后等。為變更這一格局，近年來(lái)，各高校和教學(xué)管理部門(mén)都特別重視對(duì)“綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性”測(cè)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)要求。但到底什么是綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性測(cè)驗(yàn)，如何開(kāi)設(shè)這樣的測(cè)驗(yàn)，依舊需要作深入的研究和教學(xué)實(shí)踐。本文就如何開(kāi)設(shè)研究型測(cè)驗(yàn)做一探討，并給出一個(gè)研究型測(cè)驗(yàn)案例作細(xì)致的測(cè)驗(yàn)分析?！霸O(shè)計(jì)性”物理測(cè)驗(yàn)得志學(xué)生對(duì)學(xué)識(shí)的渴求，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新才能，同時(shí)拓寬學(xué)生們的學(xué)識(shí)面，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維才能等的方面都具有重要的意義。本文是以邁克爾干擾儀測(cè)驗(yàn)為例的，通過(guò)在測(cè)驗(yàn)裝置中增設(shè)可調(diào)壓強(qiáng)的氣室，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾圖樣的實(shí)時(shí)查看和氣體折射率的較精確測(cè)量。測(cè)驗(yàn)設(shè)計(jì)還考慮到了測(cè)驗(yàn)內(nèi)容及其難度的可深入與拓展空間，具有很強(qiáng)的研究型測(cè)驗(yàn)特點(diǎn)，并且可以根據(jù)適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計(jì)將此測(cè)驗(yàn)開(kāi)設(shè)成綜合性或設(shè)計(jì)性測(cè)驗(yàn)。本測(cè)驗(yàn)是建立在邁克爾遜干擾光路之根基上來(lái)做的。光路原理從略。下面簡(jiǎn)樸介紹一下非定域干擾。測(cè)驗(yàn)內(nèi)容：真空折射率為1，而氣體的折射率比1略大。且不同氣體在一致條件下的折射率也不一致。氣體的折射率與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)?？諝庠?60mmHg壓力下，溫度為0攝氏度時(shí)，折射率為1.000292。現(xiàn)利用邁克爾遜干擾儀測(cè)量空氣在不同壓強(qiáng)下的折射率。測(cè)驗(yàn)的光路圖如下：由氖氦激光器發(fā)出的光（波長(zhǎng)為6328埃）被分光板分為1、2兩束。這兩束光分別經(jīng)M1,M2反射后回到分開(kāi)板相遇，在光屏上接到兩束光會(huì)疊加。另外，激光器發(fā)出的光有一片面經(jīng)G1透射到G2，再經(jīng)G2M1反射回光屏。另一片面經(jīng)G1透射到G2，再經(jīng)G2透射到M2。然后經(jīng)M2反射，在屏上接收。故，在屏上會(huì)采納到四個(gè)亮點(diǎn)，其中，通過(guò)將最亮的兩個(gè)點(diǎn)調(diào)重合，加上擴(kuò)束鏡，就可以在屏上查看到等傾干擾圓環(huán)。

由于測(cè)驗(yàn)室沒(méi)有真空泵，本測(cè)驗(yàn)在測(cè)量空氣的折射率是就不抽成真空，而是采取打氣方法來(lái)增加氣室內(nèi)的粒子數(shù)量，根據(jù)氣體折射率的變更量與單位體積內(nèi)粒子個(gè)數(shù)的變更量成正比的規(guī)律求出相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣折射率n0。根據(jù)單位體積內(nèi)的粒子數(shù)量與密度ρ成正比，Δn=kΔρ(其中k為比例系數(shù))。設(shè)ρ0為空氣在標(biāo)況下的密度，n0是在相應(yīng)狀態(tài)下的空氣折射率；n和p是對(duì)應(yīng)任意溫度和壓強(qiáng)下的折射率和密度。又由于真空時(shí)的折射率為1，壓強(qiáng)為0，所以標(biāo)準(zhǔn)狀況下，以及任意溫度壓強(qiáng)下的折射率和密度相對(duì)真空的方程如下：n0-1=k（ρ0-0）n-1=k（ρ-0）有：=根據(jù)PV=nRT(其中n氣體摩爾數(shù)，n=)可得PV=RT故有：==ρ所以：=即：=若測(cè)驗(yàn)溫度不變有，

Δn=Δp考慮到T=T0(1+at)(a為空氣膨脹系數(shù)，等于1/273=0.00367。t為攝氏溫度，即為室溫)代入③得Δn=，所以n0=1+p0(1+at)若空氣壓強(qiáng)變更Δp，相應(yīng)折射率也變更了Δn，那么上述干擾光路將增加光程差S，這一光程差將會(huì)使干擾條紋變化N圈，假使氣室長(zhǎng)度為L(zhǎng)，那么有：S=ΔnL=N所以在不同壓強(qiáng)下空氣的折射率n=1+p(1+at)。測(cè)驗(yàn)步驟：1.路圖安置好整個(gè)光路裝置。暫不參與小氣室及L1、L2，開(kāi)啟氦氖激光器，使激光束不經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器直接照射到分光板中央，調(diào)整兩反光鏡，射它們反射回光斑中最亮的兩個(gè)相重合。參與擴(kuò)束器，即可以在干擾儀的玻璃屏上展現(xiàn)干擾條紋。2.在M2放入小氣室，由于小氣室端面玻璃厚度稍有不平勻，會(huì)使條紋外形變得不規(guī)矩。此時(shí)稍稍調(diào)整M2下的微調(diào)螺絲，使不規(guī)矩的條紋落在毛玻璃屏的中央。3.查看壓力超過(guò)一個(gè)大氣壓時(shí)氣體折射率的變化，將排氣閥關(guān)閉，進(jìn)氣閥開(kāi)啟。用手輕輕捏動(dòng)打氣皮囊，使小氣室中的壓強(qiáng)緩緩上升，可以看到條紋一條條地“涌出”或“陷入”，記錄最終的壓力表的讀數(shù)，數(shù)出條紋“涌出”或“陷入”的圈數(shù)。

留神事項(xiàng)：留神氣室內(nèi)的壓強(qiáng)不理應(yīng)過(guò)大，一般不超過(guò)1060mmHg。數(shù)據(jù)分析：在調(diào)出等傾干擾圓紋后，將長(zhǎng)L的氣筒安放至鏡M1與分光板間，并留神留心查看圓紋中心的狀態(tài)（由于光程差的增大，環(huán)的中心變小，可增大光程查看到較大的圓環(huán)），向氣室壓入