光的等厚干涉现象研究

1、实验六 等厚干涉现象的研究实验目的1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。2掌握测量平凸透镜曲率半径的方法。实验仪器JXD B型读数显微镜，牛顿环仪，钠光灯。仪器构造说明JXD B型读数显微镜JXD B型读数显微镜的构造、操作方法，见光学实验基础知识中常用仪器构造与调节的有关内容，请认真阅读。牛顿环仪牛顿环仪是由曲率半径约为200700厘米的待测平凸透镜L和磨光的平玻璃板P叠和装在金属框架F中构成，如图561所示。框架边上有三个螺旋H，用来调节L和P之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。调节H时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。实验原理如图

2、562所示，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相同的干涉条纹，这种干涉现象称为等厚干涉。此等厚干涉条纹最早由牛顿发现，故称为牛顿环。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，r、h、R三者关系为（561）因 R»h（R为几米，h为几分之一厘米）。所以光程差为 （562）即 （563）（563）式是进入透镜的光束，光束先由透镜凸面反射回去，光束2穿过透镜进入空气膜后，由平面玻璃板反射形成的光

3、程差，式中/2为额外光程差。在反射光中见到的亮环 （564）在反射光中见到的暗环 （564）式中=0，1，2，, 从上观察，以中心暗环为准，则有 （565）可见，测出条纹的半径r，依（565）式便可计算出平凸透镜的半径R。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，镜筒置于读数标尺中央约25厘米处。（）待钠光灯正常发光后，调节读数显微镜下底座平台高度（底座可升降），使45度玻璃片正对钠灯窗口，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度玻璃片的倾斜度（一般实验室事先已调节好，不可随

4、意调节）及平台高度，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准线的像。（）转动物镜调节手轮，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度玻璃片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十字准线和牛顿环像。测量21环到30环的直径（）粗调仪器，移动牛顿环装置，使十字准线的交点与牛顿环中心重合。（）放松目镜紧固螺丝（该螺丝应始终对准槽口），转动目镜使十字准线中的一条线与标尺平行，即与镜筒移动方向平行。（）转动读数显微镜读数鼓轮，镜筒将沿着标尺平行移动，检查十字准线中竖线与干涉环的切点是否与十字准线交点重合，若不重合，按步骤（）、（）

5、再仔细调节（检查左右两侧测量区域）。（）把十字准线移到测量区域中央（25环左右），仔细调节目镜及镜筒的焦距，使十字准线像与牛顿环像无视差。（）转动读数鼓轮，观察十字准线从中央缓慢向左（或向右）移至37环，然后反方向自37环向右移动，当十字准线竖线与30环外侧相切时，记录读数显微镜上的位置读数然后继续转动鼓轮，使竖线依次与29、28、27、26、25、24、23、22、21环外侧相切，并记录读数。过了21环后继续转动鼓轮，并注意读出环的顺序，直到十字准线回到牛顿环中心，核对该中心是否是 k = 0。（）继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，记录十字准线与右边第21、22、23、24、25、

6、26、27、28、29、30环内外切时的读数，注意从37环移到另一侧30环的过程中鼓轮不能倒转。然后再反向转动鼓轮，并读出反向移动时各暗环次序，并核对十字准线回到牛顿环中心时是否是0。（）按上述步骤重复测量3次，将牛顿暗环位置的读数填入自拟表中。数据处理方法如图563所示，因圆心处的位置无法确定，故先测出OLn，OL3，OL2，OL1之间的距离，再读出OL1，OL2 OLn，其中OL1- OL1为 k1 级的圆环直径D1。同理可得k2, k3, kn的圆环直径。 采用多项逐差法处理：首先把实验所测得Dk的数据分为 A 、B 两组A 组:D1 ,D2 ,D3 Da Dm B 组: Dm+1 ,D

7、m+2 ,Dm+3 Db D2m 于是可将（565）式改为=得= （566）= （567）将（566）和（567）两式相减得 （568）（568）式中，为两组中的对应项，且（恒值）步骤（）列出原始测量数据。（）计算各环位置读数的平均值，并列在表中。（）计算各环的直径，并列在表中。（）计算各环的直径平方，并列在表中。（）求（）用（568）式求出R的值。（）计算出、相对误差及绝对误差的数值。注意事项使用读数显微镜时，为避免引进螺距差，移测时必须向同一方向旋转，中途不可倒退。调节H时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变。实验完毕应将牛顿环仪上的三个螺旋松开，以免牛顿环变形。思考题牛顿环干涉条纹一定会成为圆环形状吗？其形成的干涉条纹定域在何处？从牛顿环仪