等厚干涉,牛顿环实验报告

等厚干涉,牛顿环实验报告 物理论文 等厚干涉牛顿环实验报告 等厚干涉——牛顿环实验报告 【关键词】牛顿环、光的干涉现象 【实验目的】 (1)用牛顿环观察和分析等厚干涉现象; (2)学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径; 【实验原理】 通常将同一光源发出的光分成两束光，在空间经过不同的路程后合在一起产生干涉。牛顿环是典型的等厚干涉现象。牛顿环实验装置通常是由光学玻璃制成的一个平面和一个曲率半径较大的球面组成， 在两个 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面之间形成一劈尖状空气薄层。以凸面为例，当单色光垂直入射时，在透镜表面相遇时就会 发生干涉现象，空气膜厚度相同的地方形成相同的干涉条纹，这种干涉称作等厚干涉。 在干涉条纹是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环，称牛顿环。 相关计算:由于透镜表面B点处的反射光1和玻璃板表面C点的反射光2在B点出发生干涉，在该处产生等厚干涉条纹。按照波动理论，设形成牛顿环处空气薄层厚度为d，两束相干光的光程差为: ?=2d + λ/ 2 = kλ 当适合下列条件时有 ? =2d + λ/ 2 = kλ ---------(1) ( K = 1，2，3，... 明环) ? =2d + λ/ 2 = (2k+1)λ/2---------(2) ( K = 1，2，3，... 暗环) 式中λ为入射光的波长，λ/2 是附加光程差，他是由于光在光 密介质面上反射时产生的半波损失而引起的 公式(2)表明，当 K=0 时(零级)，d=0，即平面玻璃和平凸透镜接触处的条纹为暗纹。光程差Δ仅与d 有关，即厚度相同的地方干涉条纹相同。 平凸透镜曲率半径的测量: 由几何关系，在B点可得:r2=R2-(R2-d2)=2Rd-d2 因为 Rd 所以得 上式表明d 与成正比，说明离中心越远，光程差增加越快，干涉条纹越来越密。 由公式:... (暗环)可知: 若测出第K级暗环的半径，且单色光的波长已知时，就能算出球面的曲率半径R 。但在实验中由于机械压力引起的形变以及球面上可能存在的微小尘埃，使得凸面和平面接触处不可能是一个理想的点，而是一个不很规则的圆斑，因此很难准确测出 的值。比较简单的方法是测量距中心较远处的牛顿环直径。以暗环为例，当测得较远的第K级和第K+M 级的暗环直径 和 时，由 得 若已知λ，则透镜的曲率半径R可用逐差法求得。也可由作图法求透镜的曲率半径R ， 上式表明 与K 为线性关系，作 ~ K 图，则图的 斜率为4Rλ,若已知λ则可求出凸透镜的曲率半径R 。 【实验仪器】 读数显微镜 钠光灯 平凸透镜和平面玻璃(或牛顿环装置) 【实验内容】 1、调整测量装置 按光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。调整时注意: (1)调节450玻片，使显微镜视场中亮度最大，这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求(下部反光镜不要让反射光到上面去)。 (2)因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。 (3)调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止，往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。 (4)牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用擦镜纸擦拭干净。 2、观察牛顿环的干涉图样 (1)调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。 (2)把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上45?角的反射透明玻璃片等高，旋转反射透明玻璃 ，直至从 目镜中能看到明亮均匀的光照。 (3)调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰;自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑(或亮斑)位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。 3、测量牛顿环的直径 (1)选取要测量的m和n(各5环)，如取m为55，50，45，40，35，n为30，25，20，15，10。 (2)转动鼓轮。先使镜筒向左移动，顺序数到55环，再向右转到50 环，使叉丝尽量对准干涉条纹的中心，记录读数。然后继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与45，40，35，30，25，20，15，10，环对准，顺次记下读数;再继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与圆心右10，15，20，25，30，35，40，45，50，55环对准，也顺次记下各环的读数。注意在一次测量过程中，测微鼓轮应沿一个方向旋转，中途不得反转，以免引起回程差。 4、算出各级牛顿环直径的平方值后，用逐差法处理所得数据，求出Dm2?Dn2 直径平方差的平均值代入公式求出透镜的曲率半径，并算出误差。 ( 注意: (1)近中心的圆环的宽度变化很大，不易测准，故从K=lO左右开始比较好; (2)m-n应取大一些，如取m-n=25左右，每间隔5条读一个数。 (3)应从O数到最大一圈，再多数5圈后退回5圈， 开始读第一个数据。 (4)因为暗纹容易对准，所以对准暗纹较合适。 ， (5)圈纹中心对准叉丝或刻度尺的中心，并且当测距显微镜移动时，叉丝或刻度尺的 某根线与圈纹相切(都切圈纹的右边或左边)。 【数据记录与处理】 (1)凸透镜曲率半径测量数据 数据表取m?n?25 ??5.893?10?4mm，仪器误差: 0.005mm R标,855.1mm (2)确定平凸透镜凸面曲率半径的最佳值和不确定度?R 51.519Dm2?Dn2 ?874.3mm 曲率半径的最佳值 R,,?7 4?25?5893?104(m-n)? 令Dm2?Dn2?M 有 SM? =0.283mm 又因为 R?M所以有 SR?SM sR?RsM ?仪?0.005mm M (3?4.9) mm 相对误差:ER? R?R标874.3,855.1 ?100%,2.3% ?100%, 855.1R标 【误差分析】 观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面;又镜面上可能有微小灰尘等存在，从而引起附加的程差，这都会给测量带来较大的系统误差。另外要用肉眼去观察暗条纹，误差会较大。 【进一步思考】 牛顿环利用干涉原理，可进行精密测量，具有多种用途。牛顿环装置可用于检验光学元件表面的平整度;若改变凸透镜和平板玻璃间的压力，条纹就会移动，用此原理可精确测量压力或长度的微小变化;也可将透明介质(如水和油等)注入牛顿环装置中，在平凸透镜和玻璃板间形成液体膜，进而利用空气膜的条纹直径和液体膜的条纹直径可求得液体折射率。 篇二:等厚干涉牛顿环实验报告 等厚干涉——牛顿环示范报告 【实验目的】 (1)用牛顿环观察和分析等厚干涉现象; (2)学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径; (3)学会使用读数显微镜测距。 【实验原理】 在一块平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面相接触，在接触点附近就形成一层空气膜。当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环 状干涉图样， 称为牛顿环，其光路示意图如图。 如果已知入射光波长，并测得第k级暗环的半径rk，则可求得透镜的曲率半径R。但实际测量时，由于透镜和平面玻璃接触时，接触点有压力产生形变或有微尘产生附加光程差，使得干涉条纹的圆心和环级确定困难。用直径 Dm 、Dn，有 R? Dm?Dn 2 2 4(m?n)? 此为计算R用的公式，它与附加厚光程差、圆心位置、绝对级次无 关，克服了由这些因素带来的系统误差，并且 Dm 、 Dn 可以是弦长。 【实验仪器】 JCD3型读数显微镜，牛顿环，钠光灯，凸透镜(包括三爪式透镜 夹和固定滑座)。【实验内容】 1、调整测量装置 按光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。调整时注意: (1)调节450玻片，使显微镜视场中亮度最大，这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求(下部反光镜不要让反射光到上面去)。 (2)因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。 (3)调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止，往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。 (4)牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用擦镜纸擦拭干净。 2、观察牛顿环的干涉图样 (1)调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。 (2)把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上45?角的反射透明玻璃片等高，旋转反射透明玻璃 ，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。 (3)调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰;自下而上调节物镜直至观察到清晰的 干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑(或亮斑)位于视域中心， 调节目镜系统，使叉丝横 丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。 3、测量牛顿环的直径 (1)选取要测量的m和n(各5环)，如取m为55，50，45，40，35，n为30，25，20，15，10。 (2)转动鼓轮。先使镜筒向左移动，顺序数到55环，再向右转到50 环，使叉丝尽量对准干涉条纹的中心，记录读数。然后继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与45，40，35，30，25，20，15，10，环对准，顺次记下读数;再继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与圆心右10，15，20，25，30，35，40，45，50，55环对准，也顺次记下各环的读数。注意在一次测量过程中，测微鼓轮应沿一个方向旋转，中途不得反转，以免引起回程差。 4、算出各级牛顿环直径的平方值后，用逐差法处理所得数据，求出 直径平方差的平均值代入公式求出透镜的曲率半径，并算出误差。 ( 注意: (1)近中心的圆环的宽度变化很大，不易测准，故从K=lO左右开始比较好; (2)m-n应取大一些，如取m-n=25左右，每间隔5条读一个数。 (3)应从O数到最大一圈，再多数5圈后退回5圈，开始读第一个数据。 (4)因为暗纹容易对准，所以对准暗纹较合适。 ， (5)圈纹中心对准叉丝或刻度尺的中心，并且当测距显微镜移动时，叉丝或刻度尺的 某根线与圈纹相切(都切圈纹的右边或左边)。 【数据记录与处理】 凹透镜曲率半径测量数据 数据表取m?n?25 ??5.893?10?4mm，仪器误差: 0.005mm R标,855.1mm (1) 透镜曲率半径测量数据 数据表取m?n?25 ??5.893?10?4mm，仪器误差: 0.005mm R标,855.1mm (2)确定平凸透镜凸面曲率半径的最佳值和不确定度?R 曲率半径的最佳值 R, 22 令Dm?Dn?M Dm?Dn4(m-n)? 22 , 51.5194?25?5893?10 ?7 ?874.3mm 有 SM? ? =0.283mm 又因为 R?M所以有 SR?SM sR?RsMM ?仪?0.005mm (3 ?4.9) mm 相对误差:ER? R?R标R标 ?100%, 874.3,855.1 855.1 ?100%,2.3% 【误差分析】 观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面;又镜面上可能有微小灰尘等存在，从而引起附加的程差，这都会给测量带来较大的系统误差。另外要用肉眼去观察暗条纹，误差会较大。 篇三:等厚干涉 物理实验报告 华南师范大学实验报告 学生姓名学号 专 业 化学 年级、班级 课程名称 物理实验实验项目等厚干涉 实验类型 ?验证?设计?综合 实验时间2012年3 月14实验指导老师 实验评分 一、实验目的: 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。 二、实验原理: 牛顿环 在平面玻璃板BB,上放置一曲率半径为R的平凸透镜AOA,，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在空气表面层附近相遇产生干涉，空气层厚度相等处形成同一级的干涉条纹，这种干涉现象称为等厚干涉。在干涉条纹上，光程差相等处，是以接触点O为中心，半径为r的明暗相间的同心圆，其暗环的条件为:r?kR? (1) 其中k为暗环级数，λ为单色光的波长。可见，测出条纹的半径r，依(1)式便可计算出平凸透镜的半径R。 2 入射光 ' 图1 三、实验仪器: 读数显微镜，牛顿环仪，汞光灯。 四、实验内容: 观察牛顿环 (,)接通钠光灯电源使灯管预热。 (,)将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下，并将下面的反 射镜置于背光位置。 (,)待钠光灯正常发光后，调节光源的位置，使450半反射镜正对钠灯窗口，并且同高。 (,)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度半反射镜的角度及钠灯的高度和位置，直至看到反射光斑，并均匀照亮视场。 (,)调节目镜，在目镜中看到清晰的十字叉丝线的像。 (,)放松目镜紧固螺丝，转动目镜使十字叉丝线中的一条线与标尺平行，即与镜筒移动方向平行。 (7)转动物镜调节手轮(注意:要两个手轮一起转动)调节显微镜镜筒与牛顿环装置之间的距离。 先将镜筒下降，使45度半反射镜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牛顿环像。 测量暗环的直径 (,)移动牛顿环装置，使十字叉丝线的交点与牛顿环中心重合。 (,)转动读数鼓轮，使十字准线从中央缓慢向左移至第31 暗环(边移边数，十字叉丝竖线对准一环 数一环，不易数错)，然后反方向自31暗环向右移动，使叉丝竖线依次对准30、29、28、27、 26、25暗环中间，分别记录读数显微镜上相应的位置读数x30、 x29、……x25(注意:估读到0.001mm及采用单向移动测量)。过了25环后继续转动鼓轮，使叉丝竖线依次对准20、19、18、17、16、15暗环中间，并分别记录相应的位置读数。 (,)继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，与上类似，记录叉丝竖线对准右边第15、16、 17、18、19、20及25、26、27、28、29、30暗环中间时的读数，注意整个过程中鼓轮不能倒转，即采用单向移动测量，以避免空程误差。 (,)将暗环位置的读数填入自拟表中。 五、实验数据处理: 2 1、 计算暗环直径D及直径平方D : 2、 采用多项逐差法处理: 把实验所测得Dk的数据分为 n 、m 两组(n 组:D15 ,D16 , …D20 ，m 组: D25 ,D26,…D30) 22Dm?Dn?4 Dn,Dm为n、m两组中的对应项，此处m-n,10(恒值)?=5.893?10mm R? 4m?n? 22223、 求Dm及Dm，求出R的值 ?Dn?Dn 4、 计算出?R、相对不确定度 ?R R ，写出结果表示:R??R 2 (1348.8?1334.9)2?(1323.4?1334.9)2???(1335.8?1334.9) =5.4 ?R= 5?6 相对不确定度=4.0?10 ?3 R??R=1334.9?5.4 六、思考题: 1、牛顿环干涉条纹一定会成为圆环形状吗, 不一定。若不是等厚干涉，就不一定成圆环形。 2、实验中为什么要测牛顿环直径，而不测其半径, 因为无法确定牛顿环的圆心在哪里，难以测出其半径。 3、实验中为什么要测量多组数据且采用逐差法处理数据, 减少实验的偶然误差。