不同壓強對空氣折射率的影響

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【摘要】我們是當今社會的人才，祖國的興旺興隆需要我們的努力和奮斗，對科學領域的探索有利于科技的進展，并且造福于人類社會?？萍既招略庐?，經(jīng)濟高速進展，創(chuàng)辦現(xiàn)代化社會需要我們的創(chuàng)新，因而如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新才能的高素質人才受到了社會的普遍關注。

【關鍵詞】壓強空氣折射率

國家要求具有創(chuàng)新才能的人才，祖國的創(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)新等等的出臺都是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的人才。對理工科各專業(yè)來說，大學物理測驗教學對培養(yǎng)學生的實踐才能、分析和研究問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，大學物理測驗教學的改革首當其沖。從小到大，我們體驗了多數(shù)次的大考和小考，以及中考，高考。中國的教導走向了極端化，應試教導成了終點，沒有人夢想中國的教導走向應試教導，但是長期以來，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，與外國學生相對比，我們中國的學生可謂是嘔心瀝血，學習刻苦，理論學識學習的相當扎實，但是我們在真正的學習創(chuàng)新上有明顯的缺乏，動手才能和創(chuàng)新意識上顯得分外薄弱。目前大學物理測驗教學中也存在大量不利于學生創(chuàng)新才能培養(yǎng)的因素，突出表現(xiàn)在測驗內(nèi)容偏重于驗證性，測驗的理念、思想、方法和手段落后等。為變更這一格局，近年來，各高校和教學管理部門都特別重視對“綜合性、設計性、研究性”測驗的開設要求。但到底什么是綜合性、設計性、研究性測驗，如何開設這樣的測驗，依舊需要作深入的研究和教學實踐。本文就如何開設研究型測驗做一探討，并給出一個研究型測驗案例作細致的測驗分析?！霸O計性”物理測驗得志學生對學識的渴求，同時培養(yǎng)學生的自主創(chuàng)新才能，同時拓寬學生們的學識面，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驗為例的，通過在測驗裝置中增設可調壓強的氣室，實現(xiàn)對干擾圖樣的實時查看和氣體折射率的較精確測量。測驗設計還考慮到了測驗內(nèi)容及其難度的可深入與拓展空間，具有很強的研究型測驗特點，并且可以根據(jù)適當?shù)慕虒W設計將此測驗開設成綜合性或設計性測驗。本測驗是建立在邁克爾遜干擾光路之根基上來做的。光路原理從略。下面簡樸介紹一下非定域干擾。測驗內(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、壓強有關?？諝庠?60mmHg壓力下，溫度為0攝氏度時，折射率為1.000292?，F(xiàn)利用邁克爾遜干擾儀測量空氣在不同壓強下的折射率。測驗的光路圖如下：由氖氦激光器發(fā)出的光（波長為6328埃）被分光板分為1、2兩束。這兩束光分別經(jīng)M1,M2反射后回到分開板相遇，在光屏上接到兩束光會疊加。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，在屏上會采納到四個亮點，其中，通過將最亮的兩個點調重合，加上擴束鏡，就可以在屏上查看到等傾干擾圓環(huán)。

由于測驗室沒有真空泵，本測驗在測量空氣的折射率是就不抽成真空，而是采取打氣方法來增加氣室內(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)粒子個數(shù)的變更量成正比的規(guī)律求出相當于標準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ρ0為空氣在標況下的密度，n0是在相應狀態(tài)下的空氣折射率；n和p是對應任意溫度和壓強下的折射率和密度。又由于真空時的折射率為1，壓強為0，所以標準狀況下，以及任意溫度壓強下的折射率和密度相對真空的方程如下：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：=若測驗溫度不變有，

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)若空氣壓強變更Δp，相應折射率也變更了Δn，那么上述干擾光路將增加光程差S，這一光程差將會使干擾條紋變化N圈，假使氣室長度為L，那么有：S=ΔnL=N所以在不同壓強下空氣的折射率n=1+p(1+at)。測驗步驟：1.路圖安置好整個光路裝置。暫不參與小氣室及L1、L2，開啟氦氖激光器，使激光束不經(jīng)過擴束器直接照射到分光板中央，調整兩反光鏡，射它們反射回光斑中最亮的兩個相重合。參與擴束器，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，會使條紋外形變得不規(guī)矩。此時稍稍調整M2下的微調螺絲，使不規(guī)矩的條紋落在毛玻璃屏的中央。3.查看壓力超過一個大氣壓時氣體折射率的變化，將排氣閥關閉，進氣閥開啟。用手輕輕捏動打氣皮囊，使小氣室中的壓強緩緩上升，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：留神氣室內(nèi)的壓強不理應過大，一般不超過1060mmHg。數(shù)據(jù)分析：在調出等傾干擾圓紋后，將長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