光的等厚干涉牛顿环

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1、光的干涉--牛顿环【教学目的】1.了解读数显微镜的结构和使用方法；2.理解牛顿环的干涉原理；3.掌握用干涉法测透镜曲率半径的方法。【教学重点】1.学会熟练使用读数显微镜。2.理解并掌握牛顿环等厚干涉的原理以及用读数显微镜测平凸透镜的曲率半径的方法。【教学难点】1.掌握调节读数显微镜的步骤。2.能够熟练使用读数显微镜准确的测出平凸透镜的曲率半径。【课程讲授】提问：1.读数显微镜的结构怎样以及如何正确使用读数显微镜？2.如何使用读数显微镜准确的测出平凸透镜的曲率半径？一、实验原理牛顿环仪如图1所示。图1牛顿环RArhB图2干涉原理和牛顿环在牛顿环仪里，A、B之间

2、形成了一轴对称劈形空气薄膜。如图2，当平行单色光垂直照射牛顿环仪时，由于透镜下表面所反射的光和平面玻璃片上表面所反射的光发生干涉，在透镜上表面将呈现干涉条纹。这些干涉条纹都是以平凸透镜和平面玻璃片的接触点O为中心的一系列明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。22d−dmn测量表达式：R=4λ(m−n)式中dm、dn分别是第m、n干涉级次暗环的直径。二、实验仪器读数显微镜、钠光灯、待测透镜及平板玻璃、光学平晶。三、实验步骤1.调节牛顿环仪。调节牛顿环仪的三个螺丝，使牛顿环面上出现清晰细小的同心圆环且位于圆框中心。2.，将牛顿环仪置于工作台面上，使其正对着显微镜，通过

3、转动调焦螺丝，使显微镜下降，尽量接近但不接触牛顿环仪。3.缓缓旋动目镜，使镜筒内的十字叉丝清晰可见。4.把钠灯放在显微镜正前方约20cm处。打开钠灯开关，预热10min。待发出明亮的黄光后，调节物镜下方的反光镜方向。当在读数显微镜的视场中看到一片明亮的黄光时，就表明有一束平行单色光垂直照射到牛顿环仪上。5.一边通过目镜观察牛顿环仪形成的牛顿环，一边缓缓转动调焦螺丝提升显微镜，使干涉条纹清晰。若看到的牛顿环中心与十字叉丝中心不重合，可轻轻移动牛顿环仪，使二者重合。6.转动读数鼓轮，使十字叉丝向右移动，直到十字叉丝竖线对准第35暗环线为止(即相切)。然后反转读数

4、鼓轮，使十字叉丝竖线对准第30暗环线，开始记录位置读数。m=307.沿相同方向，继续转动读数鼓轮，使十字叉丝竖线依次对准第29，28，27，26，25，15，14，13，12，11，10暗环线，记录各环直径右端相应的位置读数。8.沿相同方向继续转动读数鼓轮，使十字叉丝通过环心后，依次对准第10，11，12，13，14，15，25，26，27，28，29，30暗环线的中心，读记各环直径左端的位置读数。9.计算出R的不确定度和相对误差E。四、数据记录和数据处理-4钠黄光波长λ＝589.3nm＝5.893×10mm环的级数m302928272625环的位置右mm左

5、环的直径dm环的级数n151413121110环的位置右mm左环的直径dn22dm/mm22dn/mm222D=(dm-dn)/mm数据处理要求：计算R以及R的不确定度，写出结果表达式。（1）计算R。∑DiD=622d−dDR=mn=4λ(m−n)4×15λ（2）求ΔR以及ER。2∑(D−Di)ΔD=6−1ΔDER=×100%DΔR=R⋅ER结果表达：R=R±ΔR五、注意事项1.应尽量使叉丝对准干涉暗环的中央读数。2.由于计算R时，只需知道环数差(m-n)，故以哪一环为第一环可以任意选择，但一经选定，在整个测量过程中就不能改变。3.注意读数不要数错，测量时应

6、向一个方向转动，防止空程误差，否则数据全部作废。4.测量过程中防止震动引起干涉条纹的变化。5.实验时要将读数显微镜台下的反射镜翻转过来，不要让光从窗口经反射镜把光反射到载物台上，一面影响对暗环的观测。六、思考题1）读数显微镜如何正确操作？2）空程差是如何产生的，怎么消除？提示：移动读数显微镜，使其从左右两个方向对准同一目标的两次读数，似乎应该相同，但实际上由于螺杆和螺套不可能完全密切接触，螺旋转动方向改变时它们的接触状态也将改变，两次读数将不同，由此产生的测量误差称为空程误差。为了避免空程误差，使用读数显微镜时，应沿同一方向移动读数显微镜，使叉丝对准各个目标

7、。23）为什么不采用r=kRλ作为测量表达式？k22r−rmn提示：a)用公式R=代替公式r=kRλ来测量，可以消除牛顿环装置因变形λ(m−n)或尘埃而产生的误差；同时还可以消除k的起点确定误差22d−dmnb)用直径测量代替不易测准的半径测量，即R=.4λ(m−n)4）为什么要采用单色光作为光源？22dm−dn提示：从测量公式R=知道，如果λ有一定的宽度Δ，会给Δ带来一个误差λR(4m−n)λ22dm−dn分量(ΔR)λ=2Δλ，显然Δλ=0时，(ΔR)λ=0，故应使用单色光。(4m−n)λ5）测dm时，叉丝交点未通过环的中心，因而测量的是弦而非直径，对实

8、验结果有影响吗？提示：没有影响。可以证明两弦的平方差