大学物理实验光的干涉

1、分振幅干涉 光的干涉现象光的干涉现象是光波动性的基本特征之是光波动性的基本特征之一，在对光的本性的认识过程中，它为光的波一，在对光的本性的认识过程中，它为光的波动性提供了重要的实验证动性提供了重要的实验证据据。根据相干光源的根据相干光源的获得方式可以将干涉分为两大类获得方式可以将干涉分为两大类：分波面干涉分波面干涉和分振幅干涉分振幅干涉。劈尖和牛顿环干涉都是用分振。劈尖和牛顿环干涉都是用分振幅方法产生的干涉。其特点是同一级干涉条纹幅方法产生的干涉。其特点是同一级干涉条纹处，两反射面间的厚度相等，处，两反射面间的厚度相等，故劈尖和牛顿环故劈尖和牛顿环都属于等厚干涉都属于等厚干涉。 光的干涉光的干

2、涉在科学研究和工业技术中有着在科学研究和工业技术中有着广泛的应用，通常利用广泛的应用，通常利用劈尖劈尖来测量来测量微小物体微小物体的厚度的厚度和和固体的热膨胀系数固体的热膨胀系数，利用，利用牛顿环牛顿环来来检查检查光学元件表面光学元件表面的平整度和的平整度和测量测量透镜表面透镜表面的的曲率半径曲率半径等。等。实验背景实验背景实验目的实验目的 1 1、掌握显微镜的使用方法。、掌握显微镜的使用方法。2 2、用牛顿环装置测量平凸透镜、用牛顿环装置测量平凸透镜 曲率半径的方法。曲率半径的方法。3 3、用空气劈尖装置测量微小长度。、用空气劈尖装置测量微小长度。实验仪器实验仪器 显微镜牛顿环空气劈尖牛顿环

3、半反射镜调焦手轮测量手轮游标尺0.01mm主尺1mm目镜 整毫米从主尺读出，不足1毫米的部分从微分筒上读取（微分筒读数时要从小向大读数）。上图显示读数为：？ 主尺读数准线主尺微分筒微分筒读数准线牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸透镜牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成牛顿环整套设备整套设备实验原理实验原理 当用适当的当用适当的光照射时，透镜光照射时，透镜与玻璃平板接触与玻璃平板接触处就会出现一组处就会出现一组同心环状条纹，同心环状条纹，这种现象称牛顿这种现象称牛顿环。环。牛顿环牛顿环平凸透镜平凸透镜平

4、板玻璃平板玻璃图1图2 (a)图2 (b) 当波长为的单色光垂直入射时，光在空气膜的上下表面反射，在空气膜上表面相遇。由于空气膜上下表面发射的光的光程不同，从而产生干涉条纹。牛顿环的干涉条纹是一组同心圆环，条纹以接触点O为圆心，随着空气膜厚度的增加，从而向外越来越密。RrkRrk2JRrJ2D)(422nmDDRnm=_空气劈尖空气劈尖1n1n 将两片玻璃上下叠将两片玻璃上下叠放在一起，一端夹一薄放在一起，一端夹一薄片，则在两片玻璃间形片，则在两片玻璃间形成空气薄膜，称为空气成空气薄膜，称为空气劈尖。由于在空气膜的劈尖。由于在空气膜的上下表面反射的光的光上下表面反射的光的光程不同，两束光在空气

5、程不同，两束光在空气膜的上表面相遇，产生膜的上表面相遇，产生一组等间距的直线状等一组等间距的直线状等厚条纹。厚条纹。MHTL劈劈尖尖头头b22bLNH21kkhh空气劈尖干涉条纹中，任意相邻两条暗纹的光程差我们可以表示为；即相邻两条暗纹对应的空气层厚度差是一定的。待测样品厚度为式中N为空气劈尖干涉条纹中暗纹的数目。N可以通过显微镜读出，也可以用空气劈尖有效长度和条纹间距计算得到。式中L为空气劈尖有效长度，b为条纹间距。 测量第测量第一一条条暗暗纹坐标纹坐标(M1)，第，第10条条暗暗纹坐标纹坐标(M10)，第，第110条条暗暗纹坐标纹坐标(M110)以及以及最后一条最后一条暗纹暗纹坐标坐标(M

6、s)。利用以下公式计算。利用以下公式计算。1MMLs100/MMb101102bLH 实验准备实验准备 1.打开钠光灯，将打开钠光灯，将半透半反镜半透半反镜正对钠光灯出光口，正对钠光灯出光口，使使显微镜显微镜视野被视野被均匀均匀照亮。照亮。2.转动转动目镜目镜（对目镜调焦），使观察到的叉丝（对目镜调焦），使观察到的叉丝最最清楚清楚。3.柠松柠松目镜止动螺丝目镜止动螺丝，转动叉丝使叉丝呈，转动叉丝使叉丝呈正十字正十字形状（考虑一下这样做的目的）。调节好后，形状（考虑一下这样做的目的）。调节好后，拧紧拧紧目镜止动螺丝。目镜止动螺丝。5.5.将待测物体插入两片玻璃之间将待测物体插入两片玻璃之间（靠近

7、玻璃一侧边缘靠近玻璃一侧边缘）制成空气）制成空气劈尖。注意：螺丝应该松开。劈尖。注意：螺丝应该松开。4.4.通过肉眼观察，调节牛顿环上通过肉眼观察，调节牛顿环上的的螺钉螺钉，将黑点调至，将黑点调至中心中心。1.1.将牛顿环放置在显微镜载物台上，使显微镜位将牛顿环放置在显微镜载物台上，使显微镜位于长标尺中部附近（约于长标尺中部附近（约25mm25mm处）。处）。2.2.调节调节调焦鼓抡调焦鼓抡，使显微镜，使显微镜自下而上自下而上缓缓上升，缓缓上升，看到清晰的干涉条纹，移动牛顿环使干涉环中看到清晰的干涉条纹，移动牛顿环使干涉环中心与叉丝中心重合。心与叉丝中心重合。测量牛顿环的曲率半径测量牛顿环的曲

8、率半径3.3.转动转动测微手轮测微手轮使叉丝从中心位使叉丝从中心位置向右（左）移动，数置向右（左）移动，数2020圈暗圈暗条纹后倒转，记录第条纹后倒转，记录第16-716-7圈暗圈暗条纹的位置；沿同一方向继续条纹的位置；沿同一方向继续移动记录中心左（右）侧第移动记录中心左（右）侧第7-7-1616圈暗条纹的位置。（记录时圈暗条纹的位置。（记录时显微镜不能倒转。）显微镜不能倒转。） 牛顿环测曲率半径 数据表格（k-j=5）nm3 .589R(mm)R(mm)D Dk k 2 2-D-Dj j2 2 (mm(mm2 2) )7 712128 813139 914141010151511111616

9、|D|Dk k 2 2-D-Dj j2 2| |( mm( mm2 2）D Dj j(mm)(mm)右右j j(mm)(mm)左左j j(mm)(mm)环环数数j jD Dk k（mmmm）右右k k(mm)(mm)左左k k(mm)(mm)环环数数k kjkDDRjk4221.将显微镜置于标尺将显微镜置于标尺边缘边缘，移动使劈尖边缘处于显微镜，移动使劈尖边缘处于显微镜正下方。正下方。调节调节调焦鼓轮调焦鼓轮，使显微镜，使显微镜自下而上自下而上缓缓上升，缓缓上升，看到清晰的干涉条纹，随时调整角度看到清晰的干涉条纹，随时调整角度对准对准钠光源。钠光源。2.2.转动转动测微手轮测微手轮，使显微镜，

10、使显微镜筒筒沿主尺移动，沿主尺移动，保证保证劈尖头劈尖头（玻璃边缘）（玻璃边缘）、样品边缘样品边缘及之间的及之间的所有所有条纹条纹都能都能看到。看到。 利用空气劈尖测样品厚度利用空气劈尖测样品厚度3.3.测量（两种方法任选一种）：测量（两种方法任选一种）：2)1(NH1 1）测量第）测量第一一条条暗暗纹坐标纹坐标( (M M1 1) )，第，第1010条条暗暗纹坐标纹坐标( (M M1010) )，第，第110110条条暗暗纹坐标纹坐标( (M M110110) )以及以及最后一条最后一条暗纹坐标暗纹坐标( (M Ms s) )。利用。利用以下公式计算。以下公式计算。2bLH 1MMLs100/MMb101102 2）从两玻璃片的交线处开始，至待测物体边缘，数出）从两玻璃片的交线处开始，至待测物体边缘，数出暗暗纹条数纹条数N N，计算样品厚度。，计算样品厚度。实验注意事项实验注意事项1.1.读数时叉丝应对准干涉暗环的中心。读数时叉丝应对准干涉暗环的中心。2. 2. 注意读数不要数错，测量时应向一个注意读数不要数错，测量时应向一个方向转动，防止空程误差，否则数据全部方向转动，防止空