用牛頓環(huán)測曲率半徑.ppt

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1、用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑五邑大學(xué)物理實驗中心2010.9光的等厚干涉——牛頓環(huán)實驗?zāi)康囊螅?.理解牛頓環(huán)干涉條紋的成因及特點2.讀數(shù)顯微鏡的調(diào)整和使用3.學(xué)習(xí)用等厚干涉法測量透鏡的曲率半徑；4.學(xué)會用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)。實驗原理17世紀(jì)初，物理學(xué)家牛頓在考察肥皂泡及其他薄膜干涉現(xiàn)象時，把一個玻璃三棱鏡壓在一個曲率已知的透鏡上，偶然發(fā)現(xiàn)干涉圓環(huán)，并對此進(jìn)行了實驗觀測和研究。發(fā)現(xiàn)，用一個曲率半徑大的凸透鏡和一個平面玻璃相接觸，用白光照射時，其接觸點出現(xiàn)明暗相間的同心彩色圓圈，用單色光照射，則出現(xiàn)明暗相間的單色圓圈。這是由于光的干涉造成的，這

2、種光學(xué)現(xiàn)象被稱為“牛頓環(huán)”。托馬斯·楊是波動光學(xué)的奠基者之一。他發(fā)現(xiàn)利用透明物質(zhì)薄片同樣可以觀察到干涉現(xiàn)象，進(jìn)而引導(dǎo)他對牛頓環(huán)進(jìn)行研究，他用自己創(chuàng)建的干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，并第一個近似地測定了七種色的光的波長，從而完全確認(rèn)了光的周期性，為光的波動理論找到了又一個強有力的證據(jù)。牛頓環(huán)干涉條紋的成因光程差：第k級暗條紋的半徑為:由干涉條件:明環(huán)暗環(huán)由圖可見:牛頓環(huán)干涉條紋的特點1.分振幅、等厚干涉；2.明暗相間的同心圓環(huán)；3.級次中心低、邊緣高；4.間隔中心疏、邊緣密；5.同級干涉，波長越短,條紋越靠近中心。牛頓環(huán)測透鏡曲率半徑

3、的原理Dk+mDkdA2①透鏡凸面與平板玻璃表面間并非理想的點接觸，難以準(zhǔn)確判斷干涉級次k及環(huán)的圓心位置；②讀數(shù)顯微鏡目鏡中的‘十字叉絲’不易做到與干涉條紋嚴(yán)格相切。測量時不用原因：dA1讀數(shù)顯微鏡目鏡物鏡上下移動旋鈕水平移動旋鈕讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)盤讀數(shù)顯微鏡由顯微鏡與移動測量裝置組成顯微鏡由目鏡、分劃板和短焦距物鏡組成讀數(shù)顯微鏡的成像光路F1F1F2F2f1f2△L視角放大率：M=0.25△／f1f2目鏡物鏡叉絲平面明視距離顯微鏡調(diào)焦第一步：旋轉(zhuǎn)目鏡F1F1目鏡物鏡叉絲平面明視距離F2F2F2F2F2F2使十字叉絲成象在明視距離處顯微鏡調(diào)焦第二

4、步：調(diào)節(jié)升降螺旋叉絲平面明視距離目鏡物鏡F1F1F2F2成虛象范圍使物成象在與叉絲象相同的平面上讀數(shù)顯微鏡的視差成因：叉絲與物的象不共面消除方法：仔細(xì)調(diào)焦叉絲像平面物像平面視差共面無視差牛頓環(huán)的應(yīng)用◎牛頓環(huán)等厚干涉條紋的形狀反映了兩個光學(xué)表明間距變化情況。利用牛頓環(huán)可以檢測光學(xué)球面（或平面）的加工質(zhì)量。◎根據(jù)本實驗原理，已知曲率半徑的牛頓環(huán)可測定單色光的波長。◎在牛頓環(huán)儀的鏡面充滿透明的液體光學(xué)介質(zhì)，就可以測量其折射率n實驗內(nèi)容1、調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡，找出牛頓環(huán)干涉條紋。2、按書中數(shù)據(jù)記錄表格，從左到右移動目鏡，讀出從外到內(nèi)若干環(huán)的位置讀數(shù)。3

5、、用逐差法計算被測透鏡的曲率半徑。誤差的主要來源與分析1、條紋的定位精度（偶然誤差）定位誤差的大小在條紋寬度的1/5~1/10。解決辦法：取級次較高的環(huán)進(jìn)行測量。2、叉絲不平的影響（系統(tǒng)誤差）顯微鏡叉絲與顯微鏡移動方向不平行產(chǎn)生的誤差。解決辦法：改直徑測量為弦長測量。3、平凸透鏡的不穩(wěn)定性（偶然誤差/系統(tǒng)誤差）由固定螺絲的松緊度不同造成。解決辦法：鏡間加很薄的環(huán)形墊圈進(jìn)行固定。儀器實物預(yù)習(xí)與思考1.用移測顯微鏡測量牛頓環(huán)直徑時，若測量的不是干涉環(huán)的直徑，而是干涉環(huán)的同一直線上的弦長，對實驗是否有影響？為什么？2.透射光能否形成牛頓環(huán)？它和反

6、射光形成的牛頓環(huán)有什么區(qū)別？3.用同樣的方法能否測定凹透鏡的曲率半徑？4.有時牛頓環(huán)中央會出現(xiàn)亮斑，這是為什么？5.實驗中，若平板玻璃上有微小的凸起，則凸起處的干涉條紋發(fā)生變化。此時干涉條紋如何變化？