用牛顿环测定透镜的曲率半径.

用牛顿环测定透镜的曲率半径五邑大学物理实验中心2010.9光的等厚干涉——牛顿环实验目的要求：1.理解牛顿环干涉条纹的成因及特点2.读数显微镜的调整和使用3.学习用等厚干涉法测量透镜的曲率半径；4.学会用逐差法处理实验数据。实验原理17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。托马斯·杨是波动光学的奠基者之一。他发现利用透明物质薄片同样可以观察到干涉现象，进而引导他对牛顿环进行研究，他用自己创建的干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了七种色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。牛顿环干涉条纹的成因2222Re2)(reeRR光程差：Rre22kRr2第k级暗条纹的半径为:22e由干涉条件:2)12(kk明环暗环由图可见:牛顿环干涉条纹的特点1.分振幅、等厚干涉；2.明暗相间的同心圆环；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。牛顿环测透镜曲率半径的原理Dk+mDk21BBnkddD21AAmkddDdA2)(422nmddRnm①透镜凸面与平板玻璃表面间并非理想的点接触，难以准确判断干涉级次k及环的圆心位置；②读数显微镜目镜中的‘十字叉丝’不易做到与干涉条纹严格相切。kRrk2测量时不用原因：dA1读数显微镜目镜物镜上下移动旋钮水平移动旋钮读数标尺读数盘读数显微镜由显微镜与移动测量装置组成显微镜由目镜、分划板和短焦距物镜组成读数显微镜的成像光路F1F1F2F2f1f2△L视角放大率：M=0.25△／f1f2目镜物镜叉丝平面明视距离显微镜调焦第一步：旋转目镜F1F1目镜物镜叉丝平面明视距离F2F2F2F2F2F2使十字叉丝成象在明视距离处显微镜调焦第二步：调节升降螺旋叉丝平面明视距离目镜物镜F1F1F2F2成虚象范围使物成象在与叉丝象相同的平面上读数显微镜的视差成因：叉丝与物的象不共面消除方法：仔细调焦叉丝像平面物像平面视差共面无视差牛顿环的应用◎牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表明间距变化情况。利用牛顿环可以检测光学球面（或平面）的加工质量。◎根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。◎在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量其折射率nRkmddnkm)(422实验内容1、调节读数显微镜，找出牛顿环干涉条纹。2、按书中数据记录表格，从左到右移动目镜，读出从外到内若干环的位置读数。3、用逐差法计算被测透镜的曲率半径。误差的主要来源与分析1、条纹的定位精度（偶然误差）定位误差的大小在条纹宽度的1/5~1/10。解决办法：取级次较高的环进行测量。2、叉丝不平的影响（系统误差）显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。解决办法：改直径测量为弦长测量。3、平凸透镜的不稳定性（偶然误差/系统误差）由固定螺丝的松紧度不同造成。解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进行固定。仪器实物预习与思考1.用移测显微镜测量牛顿环直径时，若测量的不是干涉环的直径，而是干涉环的同一直线上的弦长，对实验是否有影响？为什么？2.透射光能否形成牛顿环？它和反射光形成的牛顿环有什么区别？3.用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径？4.有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？5.实验中，若平板玻璃上有微小的凸起，则凸起处的干涉条纹发生变化。此时干涉条纹如何变化？