实验用电流场模拟静电场光的等厚干涉

实验用电流场模拟静电场光的等厚干涉第一页，共三十页，2022年，8月28日注意按编号对号入座。组长拿一份名单给指导老师。实验仪器已处于比较好的状态。在指导老师讲解之前不要乱动仪器。第二页，共三十页，2022年，8月28日一、实验目的观察光的等厚干涉现象.学习用牛顿环测量球面曲率半径.学会熟练使用读数显微镜.第三页，共三十页，2022年，8月28日

光的干涉基本知识

1.光的干涉

两列相干光源在叠加区域内，某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱，光强有稳定的空间分布。2.相干光的条件（1）频率相同；（2）位相差恒定；（3）振动方向相同。

第四页，共三十页，2022年，8月28日二、实验原理1.相干光源

当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。

2.等厚干涉

薄膜厚度相同处的两束反射光有相同的光程差，也就具有相同的干涉光强度,产生同一级的干涉条纹，厚度不同处产生不同级的干涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。n1nA反射光2反射光1入射光n1e第五页，共三十页，2022年，8月28日牛顿环仪

牛顿环仪：由一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一个平面玻璃接触在一起构成，在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气隙。平凸透镜的凸面与玻璃片之间的空气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。第六页，共三十页，2022年，8月28日干涉条纹

当用平行单色光垂直照射到牛顿环仪上时，一部分光线在空气层的上表面反射，一部分光线在空气层的下表面反射，这两部分光有光程差，它们在平凸透镜的凸面附近相遇而发生干涉。e12空气薄膜厚度相同处光程差相同，也就具有相同的干涉光强度，所以空气隙的等厚干涉条纹是一组明暗相间的同心环。该干涉条纹最早被牛顿发现，所以称为牛顿环（Newton-ring）。它属于等厚干涉条纹。第七页，共三十页，2022年，8月28日曲率半径表达式

空气薄膜厚度为e处干涉圆环对应的两束相干光（1、2）的光程差为：明条纹暗条纹由几何关系可得出12第八页，共三十页，2022年，8月28日曲率半径表达式利用暗环进行测量，测出第m级和n级暗环直径，算出曲率半径。上式只涉及两环级数之差，而不决定于级数本身，从而消除了因级数不准而带来的误差。用明环讨论也有同样的结果。第九页，共三十页，2022年，8月28日三、实验仪器调焦手轮反射镜读数显微镜钠光灯，波长为589.30nm反光镜目镜物镜第十页，共三十页，2022年，8月28日读数显微镜的读数方法主尺的分度值为1mm，测微鼓轮共有100个刻度，其分度值为0.01mm，可估读到0.001mm。

主尺测微鼓轮15mm0.506mm最后读数为：15.506mm第十一页，共三十页，2022年，8月28日四、实验内容与方法1.调节目镜使十字叉丝清晰2.调节45度反射镜3.由下向上缓慢地调焦4.定性观察,防止一侧观察不到干涉条纹5.定量测量,注意鼓轮单方向转动.第十二页，共三十页，2022年，8月28日测量图示测量条纹直经的方法：第十三页，共三十页，2022年，8月28日测量图示测量第19～30暗环的直径。为避免测微螺杆间隙所引起的空回误差，测量时必须使显微镜从左到右（或从右到左）作单方向移动。第十四页，共三十页，2022年，8月28日暗环的直径Di第十五页，共三十页，2022年，8月28日五、数据处理

1.列出原始数据和中间计算数据表格。2.用逐差法处理数据，并根据如下公式求出球面的曲率半经。3.计算的不确定度，并给出结果标准表达式。第十六页，共三十页，2022年，8月28日六、注意事项

1.干涉环两侧的序数不要数错。

2.防止实验装置受震引起干涉环的变化。

4.平凸透镜及平板玻璃的表面加工不均匀是本实验的重要误差来源，为此应测量大小不等的多个干涉环的直径去计算R，可得平均的效果。3.测量过程中，显微镜必须始终沿一个方向旋转，中途不得返回，以免引起显微镜的螺纹之间不严密契合所造成的回程误差。第十七页，共三十页，2022年，8月28日用电流场模拟静电场第十八页，共三十页，2022年，8月28日一、实验目的了解模拟法的基本原理.学习用电流场模拟静电场的概念和方法.第十九页，共三十页，2022年，8月28日二、实验原理模拟法:借助一种物理场的分布来间接地了解另一种物理场的分布的实验方法.直接测量静电场遇到很大困难，主要困难在于把探针伸入静电场时，探针上会产生感应电荷，使原电场产生显著的畸变。故实验时常用模拟方法来测量。物理实验的基本方法:比较法、补偿法、能量转换法、模拟法等。第二十页，共三十页，2022年，8月28日+-被模拟的静电场的分布(目的)

两根圆形长平行导线AB各带等量异号电荷，电位分别为U1和-U1，由于对称性，静电场中存在着水平并与导线垂直的电力线，右图为其静电场及等势线的分布(截面图).第二十一页，共三十页，2022年，8月28日电流场的分布平行输电线的模拟电极和横截面上的电场分布。

第二十二页，共三十页，2022年，8月28日

静电场

稳恒电流场模拟条件：各向同性电介质的静电场方程各向同性导电介质的电流场方程1、描述两个场的物理量满足相同形式的微分方程；2、被研究区域的边界条件相同；第二十三页，共三十页，2022年，8月28日

由此可见E和i在各自区域中满足同样的数学规律。在相同边界条件下，具有相同的解析解。因此，我们可以用稳恒电流场来模拟静电场。在模拟的条件上，要保证电极形状一定，电极电位不变，空间介质均匀，在任何一个考查点，均应有U静电=U稳恒或E静电=E稳恒。第二十四页，共三十页，2022年，8月28日静电场的描绘方法主要是电场强度与电势两物理量来描述.考虑到E是矢量，U是标量，从实验测量来讲，测定电势(用电压表)比测定场强容易实现，所以可先测绘等势线。由等势线画出电场线（根据电场线与等势线正交原理）。这样就可由等势线的间距及电场线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。第二十五页，共三十页，2022年，8月28日实验仪器(电流场测试仪)第二十六页，共三十页，2022年，8月28日

本实验所用仪器的接线原理图如右所示:

在矩形框内有两个电极,电极(A)接直流电源的正极,而电极(B)则接电源负极。通过改变探针的位置,数字电压表显示不同点的电位数值.实验仪器第二十七页，共三十页，2022年，8月28日仪器使用说明打开电源，将“直接、检零”开关拨向“检零”，将“校正、测量”开关拨向“校正”，调节“设定调节”旋钮，使电压指示为0.00V。再将“直接、检零”开关拨向“直接”，将“校正、测量”开关拨向“校正”，调节“电压调节”旋钮，使电压指示为10.00V。“直接、检零”开关拨向“直接”，将“校正、测量”开关拨向“测量”，可以开始进行探电压测量。第二十八页，共三十页，2022年，8月28日实验内容模拟带等量异号电荷平行长圆柱体的电场.

将电压U0调到10V，将记录纸铺在上层塑料薄膜平板上，用探针在导电微晶上找到等势点后，按一下记录纸上方的探针，测出一系列等势点。要求测7个等势线，每个等势线上打5～7个点，画出等势线。第二十九页，共三十页，2022年，8月28日数据处理

绘制等势线和电场线。根据