实验十六等厚干涉现象的研究

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1、实验十六等厚干涉现象的研究【实验目的】1、观察牛顿环产生的等厚干涉条纹，加深对等厚干涉现象的认识。2、掌握测量平凸透镜曲率半径的方法。【实验仪器】牛顿环仪、钠灯、读数显微镜【实验原理】牛顿环仪是由曲率半径约为200-700厘米的待测平凸透镜厶和磨光的平玻璃板P叠和装在金属框架F中构成，如图16-1所示。框架边上有三个螺旋H,用来调节厶和PZ间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。调节H时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过人引起透镜弹性形变，英至损坏透镜。图16-1如图16-2所示，在平面玻璃板BBf上放置一曲率半径为R的

2、平凸透镜AO/T,两者之间便形成一层空气薄层。当用单色光垂直照射下来时，从空气上下两个表面反射的光束1和光束2在空气表而层附近相遇产生干涉，空气层厚度相等处形成相同的干涉条纹，这种干涉现象称为等厚干涉。此等厚干涉条纹最早由牛顿发现，故称为牛顿坏。在干涉条纹上，光程并和等处，是以接触点0为中心，半径为厂的明暗相间的同心岡,厂、h、R三者关系为h—(16-1)(16-2)2R_h因/?»/?（/?为儿米，/2为儿分之一厘米）。所以2R光程差为R2=2/?--2(16—3)（16-3）式是进入透镜的光束，光束1先由透镜凸面反

3、射回去，光束2穿过透镜进入空气膜后，由平而玻璃板反射形成的光程差，式屮X/2为额外光程差。223%在反射光中见到的亮坏(16一4)在反射光中见到的喑环(16-4)式中k=o,1,2,从上观察，以屮心暗环为准，则冇(16—5)可见，测出条纹的半径八依（16-5）式便可计算出平凸透镜的半径/?。【实验方法和步骤】1・观察牛顿环（1）接通钠光灯电源使灯管预热。（2）将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下，镜筒置于读数标尺中央约25厘米处。（3）待钠光灯正常发光后，调节读数显微镜下底座平台高度（底座可升降）,使45度玻璃片正对钠灯

4、窗口，并且同高。（4）在目镜中观察从空气层反射回来的光，整个视场应较亮，颜色呈钠光的黄色，如果看不到光斑，可适当调节45度玻璃片的倾斜度（一般实验室事先已调节好，不可随意调节）及平台高度，一直至看到反射光斑，并均匀照亮视场。（5）调节目镜，在目镜中看到清晰的十字准线的像。（6）转动物镜调节手轮，调节显微镜镜筒与牛顿环装置Z间的距离。先将镜筒下降，使45度玻璃片接近牛顿环装置但不能碰上，然后缓慢上升，直至在目镜中看到清晰的十字准线和牛顿环像。2•测量21环到30环的直径（1）粗调仪器，移动牛顿环装置，使十字准线的交点与牛

5、顿环中心重合。（2）放松目镜紧固螺丝（该螺丝应始终对准槽口），转动目镜使十字准线屮的一条线与标尺平行，即与镜筒移动方向平行。（3）转动读数显微镜读数鼓轮，镜筒将沿着标尺平行移动，检查十字准线中竖线与干涉环的切点是否与十字准线交点重合，若不重合，按步骤（1）、（2）再仔细调节（检查左右两侧测量区域）。（4）把十字准线移到测量区域中央（25坏左右），仔细调节目镜及镜筒的焦距，使I•字准线像与牛顿环像无视差。图16-3（5）转动读数鼓轮，观察十字准线从中央缓慢向左（或向右）移至37环,然后反方向口37环向右移动，当十字准线竖

6、线与30环外侧和切时，记录读数显微镜上的位置读数心。然后继续转动鼓轮，使竖线依次与29、28、27、26、25、24、23、22、21环外侧相切，并记录读数。过了21环后继续转动鼓轮，并注意读出环的顺序，直到十字准线回到牛顿环中心，核对该中心是否是k=0.（6）继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，记录十字准线与右边第21、22、23、24、25、26、27、28、29、30环内外切时的读数，注意从37环移到另一侧30环的过程中鼓轮不能倒转。然后再反向转动鼓轮，并读出反向移动时各暗环次序，并核对十字准线回到牛顿环

7、中心时R是否是0o（7）按上述步骤重复测量3次，将牛顿暗环位置的读数填入自拟表屮。【数据处理】1.方法如图16—3所示，因圈心处。的位置无法确定，故先测出0厶…，O厶3,。厶2,Ob之间的距离，再读岀OLiz,OL2f...O厶/，其中OL・OL，为山级的圆环直径同理叮得kg...kn的圆环直径。采用多项逐差法处理：首先把实验所测得Dk的数据分为A、B两组A组:DiQ2Q3…Da...DmB纟R：Dm+l,»m+2,Dni+3・•・Db…»2m于是可将（16—5）式改为£R=4ia得2Da=4aAR(16—6)2D

8、b=4bAR将(166)和(167)两式相减得(16—7)4(b一a)A,(16—8)（16—8）式中，%,Db为A,B两组中的对应项，^h-a=m（恒值）2.步骤(1)列岀原始测量数据。(2)计算各环位置读数的平均值，并列在表中。(3)计算各环的直径2,并列在表中。(4)计算齐环的直径平方并列在表中。(5)求Dl~Da(6)用(