等厚干涉牛顿环实验报告

1、等厚干预牛顿环等厚干预是薄膜干预的一种。薄膜层的上下外表有一很小的倾角是，从光源 发出的光经上下外表反射后在上外表附近相遇时产生干预，并且厚度相同的地方形成同一干预条纹，这种干预就叫等厚干预。其中牛顿环是等厚干预的一个最典 型的例子，最早为牛顿所发现，但由于他主张微粒子学说而并未能对他做出正确 的解释。光的等厚干预原理在生产实践中育有广泛的应用，它可用于检测透镜的 曲率，测量光波波长，精确地测量微笑长度、厚度和角度，检验物体外表的光洁 度、平整度等。一. 实验目的(1) 用牛顿环观察和分析等厚干预现象；(2) 学习利用干预现象测量透镜的曲率半径;二. 实验仪器读数显微镜钠光灯牛顿环仪三. 实验

2、原理牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸面放在一块光学玻璃平板平镜 上构成的，如图。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐 渐增加，假设以平行单光垂直照射到牛顿环上，那么经空气层上、下外表反射的两 光束存在光程差，他们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干预。从透镜上看到的 干预把戏是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环，称为牛顿环。同一干 预环上各处的空气层厚度是相同的，因此他属于等厚干预。由图2可见，假设设透镜的曲率半径为R,与接触点0相距为r处空气层的厚度为d,其几何关系式为R2(Rd)2R22Rd d2由于R r，可以略去d2得r2R1光线应是垂直入射的，计算光程差时还要

3、考虑光波在平玻璃上反射会有半波损失，从而带来 2的附加程差，所以总光程差为2d - 2所以暗环的条件是(2k 1) 32其中k 0,1,2,3 为干预暗条纹的级数。综合1 2 3式可得第可 k级暗环的半径为rk2 kR 4由式4可知，如果单色光源的波长入，测出第 m级的暗环半径rm, 即可得出平图透镜的曲率半径 R;反之，如果R，测出rm后，就可计算出入 射单色光波的波长入。但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面 不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部形变，使接触处成为一个圆形平面， 干预环中心为一暗斑。或者空气间隙层有了灰尘，附加了光程差，干预环中心为 一亮或暗斑，均无法确定环

4、的几何中心。实际测量时，我们可以通过测量距 中心较远的两个暗环半径rm和rn的平方差来计算曲率半径R。因为r： MRrn2 nR两式相减可得2 2rm rnF(m n)所以有或rm(m n)D； D；4(m n)由上式可知，只要测出Dm与Dn分别为第m与第n条暗纹的直径的值, 就能算出R或入。这样就可防止实验中条纹级数难以确定的困难，利用后以计算 式还可克服确定条纹中心位置的困难。四. 实验内容1. 调整牛顿环借助日光灯灯光，用眼睛直接观察，均匀调节仪器的3个螺丝直至干 预条纹为圆环形且位于透镜的中心。然后将干预条纹放在显微镜镜筒 的正下方。1接通汞灯电源。2将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下

5、， 镜筒置于读数标尺中央月5cm处。3待汞灯正常发光后，调节读数显微镜下底座平台高度底座可 升降，使呂玻璃片正对汞灯窗口，并且同高。4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 呈汞光的兰紫色，如果看不到光斑，可适当调节 已玻璃片的倾斜度一般实验室事先已调节好，不可随意调节及平台高度，直至看到反射光斑，并均匀照亮视场5调节目镜，在目镜中看到清晰的十字准线的像。6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；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。3 .测量2130环的直径1粗调仪器，移动牛顿环装置，使十

6、字准线的交点与牛顿环中心 重合。2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。3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 字准线中竖线与干预环的切点是否与十字准线交点重合，假设不重 合，再按步骤1 2仔细调节检查左右两侧测量区域。4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。5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E3。然后继续转动鼓轮，使 竖线依次与29,28,

7、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，核对该中心是否为 k=0。6继续按原方向转动鼓轮，越过干预圆环中心，记录十字准线与右边第21,22,23,24,25,26,27,28,29,30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k是否为0。7按上述步骤重复测量三次，将牛顿环暗环位置的读数填入自拟 表中。五. 数据处理环数XL(mm)XR(mm)123平均123平均302928272625

8、24232221环数mXL(mm)XR(mm)Dmmm环数nXL(mm)XRmmDnmm302529242823272226211. 用逐差法处理数据。-6 29.26 10 m2222222222Dm DnD30D25 D29 D24 D28D23D27 D22 D26 D212. 由公式计算平凸透镜的半径 R。9.24 104(m n)0.774 5 589.3 103. 根据实验室给出的R的标准值计算出百分误差理论值Rr' RE100%20%R误差分析：1、观察暗斑时，肉眼不能到达准确读数，产生读数误差；2、鼓轮倒转导致回程差；3、在实验操作中，由于中心不可能到达点接触，在重力和

9、螺钉压力下，透镜会变形 ,中心会形成暗斑 ,造成测量结果偏差；4、平凸透镜与平面玻璃接触点有灰尘 ,引起附加光程差；5、读数带来的误差六. 考前须知1. 为保护实验仪器，聚焦前，应先使物镜接近被测物，然后使镜筒 慢慢向上移，直至聚焦。2. 测量读数时，目镜中十字叉丝的横丝应与读数标尺相平行，纵丝 应与各暗环相切。3. 测量读数时，为防止转动部件螺纹间隙产生的空程误差，测微鼓 轮只能向一个方向旋转。七 . 思 考题牛顿环干预条纹一定会成为圆环形状吗 ?其形成的干预条纹定域在何处？ 答:牛顿环是一各薄膜干预现象。光的一种干预图样，是一些明暗相间的同心圆环。从牛顿环仪透射出的环底的光能形成干预条纹吗？如果能形成干预条纹，那么与反射光形成的条纹有何不同？ 答：可以的，透射光干预条纹与反射光干预条纹，正好相反。夹层内折射率不是介于透镜和玻璃板折射率之间， 在透镜凸外表和玻璃 的接触点上，空气层厚度为0,两反射光的光程差为入/2,因此反射光方向上牛顿环中心为暗点。透射光方向与反射光条纹相反， 因此透射光牛顿环中心是一亮点。 如果夹层内折射率正好介于透镜