大学物理实验报告 实验15 光的等厚干涉与应用
1 1）观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理
2）学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径
3）掌握读数显微镜的使用方法
4）掌握逐差法处理数据的方法
2 读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置
,,,aabbaa如图所示，在平面与平面之间存在一个空气气隙。当入射光投射到平面上时，
,,,aabbaa部分光被反射后朝1方向传播，部分透过平面投射到平面上被反射后再透过平面
,,2,e，,22朝2方向传播，两光线叠加互相干涉，叠加处两束光的光程差近似为，式中为
光由光疏介质反射到光密介质表面时产生的附加光程差，也称半波损失。
,,产生暗纹的条件为： ,,2e，,(2K，1),K,1,2,3,？,n(整数）22
,产生明纹的条件为： ,,2e，,K,,K,1,2,3,？,n(整数）2
厚度相等的地方光程差相等，所以称此种干涉为等厚干涉。
3.2
牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄
2r
e,层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为：2R
根据干涉相消条件易得第K级暗纹
的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透
镜的凸面曲率半径R存在下述关系：
22rdKK ,,RK,4K,
2d根据K与K成正比的性质采取逐差法
22处理实验数据d,d,4,R(m,n) mn
4
1) 打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台
上, 调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图20-1（a）。 2) 调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面，
然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。 3) 转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的交
点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。
4) 顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到34环停止移动，然
后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第32、30、26、24、22、20、18、16、
14、12、10暗纹的中心时读数。再继续向右移使叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第10、
12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32暗纹中心时读数计算各环的直径测量值。 5) 把牛顿环装置转90度后，重复第3、4步。并计算各环直径测量平均值。
2,,d，,dkk,d,,,d,dddd,dkkkkkk1(mm) k211 2 k
10 27.295 22.356 4.939 27.424 22.571 4.853 4.896 23.971 12 27.498 22.151 5.347 27.667 22.321 5.346 5.346 28.580 14 27.685 21.965 5.720 27.855 22.125 5.730 5.725 32.776 16 27.858 21.796 6.062 28.029 22.005 6.190 6.126 37.580 18 28.028 21.630 6.398 28.192 21.839 6.353 6.376 40.653 20 28.191 21.468 6.723 28.347 21.628 6.719 6.721 45.172 22 28.396 21.312 7.084 28.510 21.532 6.978 6.722 45.185 24 28.490 21.176 7.314 28.655 21.391 7.264 7.289 53.130 26 28.615 21.029 7.586 28.732 21.243 7.489 7.538 57.502 28 28.712 20.896 7.816 28.928 21.122 7.806 7.811 61.012 30 28.882 20.762 8.120 29.061 20.992 8.069 8.094 65.513 32 29.021 20.640 8.381 29.182 20.860 8.322 8.352 69.760
用逐差法处理数据：
n 222222m ,，，,dndddmmndd mn 10 29.97 22 49.435 24.450 24.54 12 28.59 24 53.13 24.55
14 32.78 26 57.26 24.49
16 36.52 28 61.01 24.50
18 40.65 30 65.32 24.67
20 45.17 32 69.75 24.58
61222222 S,S,[(d,d),(d,d)],0.078mm2,xmnimn,dk6,11i,
2222,mU,,0 U,U，U,U,0.078mmU,S,0.078mm 22BABAA,dk,dk3
222dd,dkmn由公式,得： R,R4(m,n),4k,
22d,d24.54mn？R,,,867.6mm ,4,4(m,n)4，12，5.893，10
U20.078d,k U,,,2.8mmR,44(m,n),4，12，5.893，10
U2.8RE,，100%,，100%,0.3% R867.6R
实验结果：
牛顿环装置中凸透镜曲率及其相对不确定度为:
R,R,U,(867,3)mm （P=0.683） R
E,0.3% R
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