用牛顿环测凸透镜的曲率半径

1、用牛顿环测凸透镜的曲率半径 沈阳城市学院物理实验教学中心用牛顿环测凸透镜的曲率半径 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验简介实验简介“牛顿环牛顿环”是牛顿在是牛顿在16751675年制做天文望远镜时，偶然将一年制做天文望远镜时，偶然将一个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。 用白光照射时用白光照射时，接触点出现明暗相间的，接触点出现明暗相间的同心彩色圆环同心彩色圆环。用单色光照射用单色光照射，则出现明暗相间的，则出现明暗相间的单色圆环单色圆环，这是由于光，这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环牛顿环”。牛顿环。牛顿环是一

2、种薄膜等厚干涉。是一种薄膜等厚干涉。 白光入射时的牛顿环白光入射时的牛顿环单色光单色光牛顿环牛顿环用牛顿环测凸透镜的曲率半径 牛顿环是一种光学器件，它的结构包括一个曲率半径很大的平凸透镜和一块平玻璃板。当单色平行光垂直入射到牛顿环时，可获得等厚干涉条纹。这一原理在实际工作中有很多应用，除了本实验用来测量透镜的曲率半径外，最典型的是在光学元件生产中用它来检验光学表面的加工质量，如光洁度和平面度等。通过本实验，可使学生从实验的角度加深了解等厚干涉原理。 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 目镜目镜物镜物镜上下移上下移动旋钮动旋钮读数标尺读数标尺读数鼓

3、轮：水读数鼓轮：水平移动旋钮平移动旋钮反光镜旋钮反光镜旋钮读数显微镜读数显微镜用牛顿环测凸透镜的曲率半径 1 1、调节显微镜视场明亮。、调节显微镜视场明亮。2 2、目镜调焦，使分划板清晰。、目镜调焦，使分划板清晰。3 3、物镜调焦，使象清晰（用、物镜调焦，使象清晰（用视差法判断）。视差法判断）。4 4、调整被测物件，使其被测、调整被测物件，使其被测的位移同显微镜的移动方向的位移同显微镜的移动方向平行。平行。5 5、沿同一方向转动测微鼓轮，、沿同一方向转动测微鼓轮，测量距离。测量距离。 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 读数鼓轮转一圈，读数读数鼓轮转一圈，读数显微镜筒移动显微镜筒移动1 1毫米毫米主尺

4、：主尺：15mm测微鼓轮：测微鼓轮：0.506mm最后读数为：最后读数为：15.506mm15.506mm用牛顿环测凸透镜的曲率半径 牛顿环（R 855mm）平凸透镜平玻璃板螺钉螺钉空气薄膜牛顿环的结构包括一个曲率半径很大（牛顿环的结构包括一个曲率半径很大（R 855mm）的平凸透镜和一块平玻璃板，的平凸透镜和一块平玻璃板，在平凸透镜和平玻璃板之间产生空气薄膜，在平凸透镜和平玻璃板之间产生空气薄膜，当单色平行光垂直入射到牛顿环时，可获当单色平行光垂直入射到牛顿环时，可获得等厚干涉条纹。得等厚干涉条纹。 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 钠光灯 钠光灯是一种气体放电光源，可发出波长分别为588.966

5、nm和589.593nm的黄色谱线。 实验中可取 钠光灯必须与镇流器串联、在额定电压与额定电流下使用。 钠光灯使用时的预热5分钟。 钠光灯要尽量连续使用。nm2 . 03 .589用牛顿环测凸透镜的曲率半径 密接触密接触22 en明纹明纹)21( n暗纹暗纹光程差光程差0级暗斑用牛顿环测凸透镜的曲率半径 ), 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 讨讨论论用牛顿环测凸透镜的曲率半径 RrnRrn2mRrm2r2)(4)(2222nmDDnmrrRnmnm用牛顿环测凸透镜的曲率半径 1.分振幅、等厚干涉； 2.明暗相间的同心圆环

6、； 3.级次中心低、边缘高； 4.间隔中心疏、边缘密； 5.同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。 k k牛顿环干涉条纹的特点用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验光路布置用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容 4.4.调焦：使镜筒调焦：使镜筒自下而上自下而上的移动，看清干的移动，看清干涉条纹并观察其分布涉条纹并观察其分布。3.3.调目镜使十字叉丝清晰，横丝与镜筒移动调目镜使十字叉丝清晰，横丝与镜筒移动方向平行。方向平行。 2.2.点燃钠光灯，放好牛顿环仪，待钠光灯发点燃钠光灯，放好牛顿环仪，待钠光灯发光正常后，调平玻片与水平成光正常后，调平玻片与水平成4545，使目镜，使目镜视场中充满黄光。视

7、场中充满黄光。1.1.转动测微鼓轮转动测微鼓轮, ,使镜筒位于标尺中间位置。使镜筒位于标尺中间位置。5.5.叉丝中心与牛顿环中心对准。叉丝中心与牛顿环中心对准。测量准备测量准备用牛顿环测凸透镜的曲率半径 用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法记下镜筒位置记下镜筒位置xm用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量

8、暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法用牛顿环测凸透镜的曲率半径 实验内容实验内容测量暗环直径的方法测量暗环直径的方法记下镜筒位置记下镜筒位置xm，则直径则直径mmmxxD用牛顿环测凸透镜的曲率半径 032 1、 转动读数鼓轮转动读数鼓轮, 观察十字准线竖线从中央缓慢向左观察十字准线竖线从中央缓慢向左（或向右）移至（或向右）移至32环，然后反方向自环，然后反方向自

9、32环向右（或向左）移环向右（或向左）移动，当十字准线竖线与动，当十字准线竖线与30环环外侧相切外侧相切时，记录读数显微镜上时，记录读数显微镜上的位置读数的位置读数x30然后继续转动鼓轮，使竖线依次与然后继续转动鼓轮，使竖线依次与29-10环环外侧相切外侧相切，并记录读数。过了，并记录读数。过了10环后继续转动鼓轮，直到十环后继续转动鼓轮，直到十字准线竖线回到牛顿环中心，核对该中心是否是字准线竖线回到牛顿环中心，核对该中心是否是 k = 0。03232测量牛顿环直径测量牛顿环直径用牛顿环测凸透镜的曲率半径 2 2、继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，、继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉

10、圆环中心，记录十字准线与右边（或左边）第记录十字准线与右边（或左边）第10-3010-30环环内内切切时的读数，时的读数，注意从一侧注意从一侧3030环移到另一侧环移到另一侧3030环环的过程中鼓轮不能倒转，否则将产生空程误差。的过程中鼓轮不能倒转，否则将产生空程误差。 1717牛顿环直径牛顿环直径左左17X右右17X左左右右171717DXD 测量牛顿环直径测量牛顿环直径用牛顿环测凸透镜的曲率半径 空程误差属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成； 在齿合前，轻轻转动螺尺手柄，螺尺读数变化，而游标并没有移动。 消除方法：测量时只往同一方向转动螺尺。读数显微镜的空程误差用牛顿环测凸透镜的曲率半径

11、数据记录数据记录mmdnnd22/mdmm22/ndmm222/mnddmm环的级数302928272625环的位置/mm右左环的直径/mm环的级数151413121110环的位置/mm右左环的直径/mm用牛顿环测凸透镜的曲率半径 1 1、用逐差法计算：、用逐差法计算：2n2mDD 2n2mDD 和和2 2、计算、计算 的不确定度：的不确定度：2n2mDD 2n2m2n,miADDX16)XX( 其其中中mm005. 0B 2B2AX 数据处理数据处理用牛顿环测凸透镜的曲率半径 数据处理数据处理3 3、计算平凸透镜的曲率半径、计算平凸透镜的曲率半径R R及不确定度及不确定度: :15)(422nmnmDDRnm（其中曲率半径曲率半径不确定度不确定度)(4nmXRRRR用牛顿环测凸透镜的曲率半径 1、在布置光路时，注意将显微镜底座中的反光镜转到背光一侧。2、在测量过程中，鼓轮应沿同一方向转动。3、对物镜调焦时，应使物镜筒从最低点自下