《实验四、牛顿环》PPT课件

1、 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 d由一块平板玻璃和一平凸透镜组成由一块平板玻璃和一平凸透镜组成22d光程差光程差 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 实验室中的牛顿环是由待测平凸透镜半径实验室中的牛顿环是由待测平凸透镜半径约约200900cmL和透明平板玻璃和透明平板玻璃P叠合装在金属框叠合装在金属框架架F之中构成的，如图上图所示。边框上有三个螺旋之中构成的，如图上图所示。边框上有三个螺旋H，用以调理，用以调理L和和P之间的接触，以改动干涉条纹的外之间的接触，以改动干涉条纹的外形和位置，调理形和位置，调理H时不可旋的

2、过紧，以免接触压力过时不可旋的过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性变形，甚至损坏透镜大引起透镜弹性变形，甚至损坏透镜 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 牛顿环实验安装牛顿环实验安装牛顿环干涉图样牛顿环干涉图样显微镜显微镜SLRrd M半透半透半反镜半反镜图图0-4T 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 R22222)(ddRdRRr02ddRRdRr)2(222 d光程差光程差), 2 , 1(kk明纹明纹), 1 , 0()21(kk暗纹暗纹rdRkr)21( kRr 暗环半径暗环半径明环半径明环半径 波动光学波动光学

3、牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 4运用例子:可以用来丈量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等，怎样检测？ 1从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？2属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？3将牛顿环置于将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？的液体中，条纹如何变？1n), 2 , 1 , 0(k暗环半径暗环半径明环半径明环半径), 3 , 2 , 1(kRkr)21( kRr 结结论论思索思索 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 RrkRrk2Rmkrmk)(2mrr

4、Rkmk22r2)(212122kkrrRkk 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 例例1 用氦氖激光器发出的波长为用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光的单色光做牛顿环实验，测得第做牛顿环实验，测得第k个个 暗环的半径为暗环的半径为5.63mm , 第第 k+5 暗环的半径为暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径，求平凸透镜的曲率半径R.解解kRrkRkrk)5(52255kkrrRm0 .10nm6335)mm63. 5()mm96. 7(522225kkrrR 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 SL1n

5、2nh 例例2 如下图为丈量油膜折射率的实验安装如下图为丈量油膜折射率的实验安装 , 在平在平面玻璃片面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长 的单色光垂直入射下，从反射光中可察看到油膜所构的单色光垂直入射下，从反射光中可察看到油膜所构成的干涉条纹成的干涉条纹 . 知玻璃的折射率，知玻璃的折射率，50. 11n20. 12nnm100 . 82hnm600 问：当油膜中问：当油膜中心最高点与玻璃片的上外心最高点与玻璃片的上外表相距表相距 时，时，干涉条纹如何分布？可见干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜明纹的条数及各明纹处膜厚厚 ? 中心点的明

6、暗程度如中心点的明暗程度如何何 ? 假设油膜展开条纹如假设油膜展开条纹如何变化何变化?, 油膜的折射率油膜的折射率G 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 解解 1条纹为同心圆条纹为同心圆22nkdk）（, 2 , 1 , 0k油膜边缘油膜边缘0, 00dk明纹明纹kdnk22明纹明纹hrRodnm250, 11dknm500,22dk 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 rRohd222)(dhRrR)(22dhRr)( 22dhrRnm750, 33dknm1000,44dk 当当油滴展开时，条纹间距变油滴展开时，条纹间

7、距变大，条纹数减少大，条纹数减少. 由于由于 故可察看到四条明纹故可察看到四条明纹 .nm100 .82h 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 1干涉条纹为光程差一样的点的轨迹，即厚干涉条纹为光程差一样的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹度相等的点的轨迹1knd2ddnb2db 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 2厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距条纹不等间距,n3条纹的动态变化分析条纹的动态变化分析 变化时变化时 劈尖角劈尖角 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜

8、曲率半径干涉测定透镜曲率半径 干涉条纹的挪动演示干涉条纹的挪动演示 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法；2、掌握读数显微镜的调理和运用；3、经过实验加深对等厚干涉原理的了解。 1、读数显微镜、读数显微镜 编号：编号： 2、 Na光源光源 编号：编号： 3、 牛顿环牛顿环 编号：编号： 【实验仪器】【实验仪器】 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 一、牛顿环构造简介 牛顿环是由待测平凸透镜牛顿环是由待测平凸透镜L L和和透明平板玻璃透明平板玻璃P P叠合装在金属框架叠合装在金属框架F

9、F之中构成的，如图右图所示。边之中构成的，如图右图所示。边框上有三个螺旋框上有三个螺旋H H，用以调理，用以调理L L和和P P之间的接触，以改动干涉条纹的之间的接触，以改动干涉条纹的外形和位置。外形和位置。 牛顿环是一种振幅分割的干涉仪器，虽然实验牛顿环是一种振幅分割的干涉仪器，虽然实验安装较简单，却可以丈量平凸、平凹透镜中的大曲安装较简单，却可以丈量平凸、平凹透镜中的大曲率半径，且精度较高，相对误差小于率半径，且精度较高，相对误差小于0.2% 。 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 当透镜的凸面与平玻璃板接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间构成空气薄膜，离

10、接触点等间隔的地方，厚度一样。如图42所示，假设以波长为 的单色平行光投射到这种安装上，那么由空气膜上下外表反射的光波将相互关涉，构成干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹，这种干涉是一种等厚干涉，其干涉图像如图43所示。 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 由前面知识可知：)(212122kkrrRkkmrrRkmk22或或【实验内容及步骤】【实验内容及步骤】 1 1、借助室内灯光用眼睛察、借助室内灯光用眼睛察看牛顿环，调理螺钉使干涉看牛顿环，调理螺钉使干涉环位于透镜的中心。环位于透镜的中心。 2 2、将仪器按图、将仪器按图4 45 5所示的所示的表示图安装好，点亮钠灯表示图安装好，点亮钠灯S S，调理玻璃片调理玻璃片G G的高低及倾斜角的高低及倾斜角度，从显微镜视场中看到黄度，从显微镜视场中看到黄色亮堂的视场。色亮堂的视场。 44 波动光学波动光学 牛顿环牛顿环干涉测定透镜曲率半径干涉测定透镜曲率半径 3 3、调理显微镜、调理显微镜M M的目镜，的目镜，看到明晰的叉丝，将显微看到明晰的叉丝，将显微镜对准牛顿环的中心，上镜对准牛顿环的中心，上下挪动显微镜镜筒，对干下挪动显微镜镜筒，对干涉条纹进展调焦。涉条纹进展调焦。 4 4、用显微镜丈量干涉条、用显微镜丈量干涉条纹的半径。纹的半径。 取取1010，可从可从4040环测到环测到2020环，先测环，先测