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《物理实验七光的等厚干涉现象》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、实验七光的等厚干涉现象一一牛顿环的实验研究牛顿在光学中的一项梢彩发现就是牛顿环。牛顿环实验是研究光在空气薄层中产牛等厚干涉的实验，牛顿深入研究了该实验现彖，并进行了精密的测量，找出了干涉坏的直径分布规律。历史上许多著名的物理学家从不同角度对它进行过仔细的研究，杨氏利用这一装置验证了相位跃变理论；阿喇戈由检验牛顿环的偏振状态，对光的微粒说理论提出了怀疑；裴索用牛顿环装宜测定了钠黄双线的波长差。物理学家们应用这i简单装置做了大量深入细致的研究工作，推动了光学理论的发展，在波动光学历史上发挥了重耍作用，这是值得我们今天学习和思考的。牛顿环实验是光的波动性的有力证据，可牛顿却
2、不能从实际出发，而是从他所信奉的微粒说岀发，來解释牛顿环的形成。因此，牛顿虽然发现了牛顿环，并作了精确的定量测量，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于他认识理念上的限制，却始终无法正确地解释这个现象。【实验H的】1.观察光的等厚于涉现彖，了解等厚十涉条纹的特点。2.利川干涉原理测透镜Illi率半径。3.进一步学习用逐差法处理实验数据。【实验仪器】钠光灯、读数显微镜及牛顿干涉环。【实验原理】—Dk—►・D“牛顿环镜的凸而方所示，在透个以接触点当单色光垂上、下两表干涉、形成暗相间的、环。第比级t•涉环对应处的1.牛顿环干涉条纹的基本规律一个曲率半径很人的平凸透在一光学
3、平板玻璃上，如右图镜的凸面和玻璃Z间形成一向四周逐渐增厚的空气薄膜，直照射到透镜上时，空气薄膜而反射光在空间相遇后产生以接触点为圆心的、一系列明圆环状的干涉条纹，称为牛顿设平凸透镜的曲率半径为R,暗环的半径为/为该暗空气薄膜的厚度，由图中几何关系可得r^=R2-{R-dk)=2Rdk-dl因为A必，所以T=2Rg(1)小,A2A=2dkH—由光的干涉原理，空气薄膜上、下两表面反射光的光程差为2,其中2为光在下表面从空气射入玻璃并反射回空气过程中的附加光程，称为半波损失。由干涉条件可知，当fA=2^+-=U壮=1,2,…）明条纹J2⑵IA=2^+
4、=（2k+l）^（k=
5、0丄2,…）暗条纹由于干涉条纹的明暗状态仅与空气薄膜厚度久有关，相同的厚度“有相同的干涉条件，也就有相同明暗状态的干涉条纹，故这一干涉称为等厚干涉。1.利用十涉法测透镜曲率半径由（1）式和（2）式可得等厚干涉暗坏条纹屮第k级喑坏的半径为rk=JkR九（§）若已知入射光的波长久，并测出第*干涉暗环的半径《,就可计算平凸透镜的曲率半径Ro但是，由于两玻璃间的接触点处有弹性形变、或是接触点处有灰尘，具接触点是一个明暗不清的模糊圆斑,很难准确判定各干涉条纹的级次，为此我们通过测第k级暗环的直径和第（k+m）级暗坏的直径D®,并利用它们的平方关系式D；=4kRND：仙=4伙+m
6、）RA9再将两式相减，得如下的关系式D爲-D；二4mRA由此可计算出平凸透镜的曲率半径尺R_几”_D；（4）在上式中只耍测出Qr和Q"”，知道相应的暗环级数差数m和入射光的波长2,可通过逐差法来计算平凸透镜的曲率半径尺。【实验内容与步骤】1.将牛顿干涉环置于读数显微镜载物台上，并调节物镜前反射玻璃片的角度，使显微镜的视场中充满亮光。2.调节读书显微镜的升降旋钮，使镜筒处丁•清晰观察到牛顿环于涉条纹的位置；用手轻轻移动牛顿干涉坏,使干涉环屮心在视场屮央，观察牛顿环干涉条纹的特点。3.测量牛顿环的直径转动测微鼓轮使显微镜镜筒由牛顿环中心向右（向左）侧移动，顺序数到笫27级
7、干涉暗环的右（或左）侧条纹中心，再退回到笫26级干涉喑环的右（或左）侧条纹上，使十字叉丝对准其条纹中心，从测微鼓轮上记卜•相应位置的读数；并依次测量第25级、24级…至笫口级干涉喑环的右（或左）侧条纹的位置。再通过连续转动测微鼓伦使显微镜镜筒由牛顿环中心的右（或左）侧移至牛顿环屮心的左（或右）狈IJ,并依次测量第门级至第26级干涉喑环的左（或右）侧条纹的位置。第k级干涉暗环的右（或左）侧条纹位置的读数与左（或右）侧条纹位置读数Z差，即为该级干涉暗环的宜径$o正式测量时侧微鼓轮只能向一个方向转动，中途不能进进退退，否则会引起空回测量误差。1.用逐差法进行数据处理将数据对
8、半分成前组（“26,»25,»21）和后组（06,05,…，Ql）,再对应项作逐差，即第26圈对第16圈、第25圈对第15圈、…、第21圈对第11圈等分别进行逐差法数据处理，其级差用（4）式计算Ro【实验数据处理】本实验屮仅计算（°如厂'）的标准差，并作为测最不确定度的A类分最，而不确定度的B类分最不计。测罐数据填入表1中。表1牛顿环测量数据（=5.893x10一5加）圈数显微镜读数/mm9/mm以/mm2左方右方261625152414231322122111■D：=mm2,UA^k+mmm2Dh-D：4mAmm価）UAmmR=R±uA（A）二m
