利用牛顿环测量曲率半径实验-孙凯

用牛顿环测定透镜的曲率半径西南大学物理实验教学示范中心普通物理实验孙凯[e-mail]西南大学物理实验教学示范中心一、实验背景等厚干涉劈尖干涉测膜厚检验光学元件表面的平整度测细丝的直径牛顿环斑测量透镜的曲率半径可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量西南大学物理实验教学示范中心一、实验背景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。牛顿环斑1.明暗相间的同心圆环；2.级次中心低、边缘高；3.间隔中心疏、边缘密；4.同级干涉，波长越短，条纹越靠近中心。西南大学物理实验教学示范中心二、实验目的1、学会使用钠光灯及熟炼使用读数显微镜2、观察等厚干涉现象3、学习用牛顿环测量球面曲率半径的原理和方法。西南大学物理实验教学示范中心三、实验原理空气层等厚干涉：一束单色光垂直照射薄膜，薄膜上下表面反射的两束光产生干涉，薄膜厚度相同的地方对应同一级干涉条纹。钠黄光上表面下表面暗条纹　明条纹2,1,02)12(3,2,12222kkkkndkrk曲率半径Rdkk级牛顿环半径rk2kr22)(kdRR22kkdRdRrdkk22kdR半波损失西南大学物理实验教学示范中心三、实验原理Rrdkk222,1,02223,2,12222kkkkndk　空气折射率n=1暗条纹222kdkkRrk2k级暗纹的半径曲率半径入射光波长西南大学物理实验教学示范中心三、实验原理kRDk42kRrk200r（1）零级暗纹两个变量进行处理——逐差法)(422nmDDRnmm、n级暗条纹西南大学物理实验教学示范中心四、实验仪器牛顿环仪（R≈1m）钠光灯（λ≈589.3nm）读数显微镜（分度值0.01mm）西南大学物理实验教学示范中心四、实验仪器牛顿环仪牛顿环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，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，可获得等厚干涉条纹。西南大学物理实验教学示范中心四、实验仪器钠光灯钠光灯是一种气体放电灯（管内充有金属钠和氩气）。在开启电源的瞬间，氩气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸发并放电发出黄色光。钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为589.59nm和589.00nm。这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源。取其平均值钠光灯必须与镇流器串联、在额定电压与额定电流下使用。钠光灯要尽量连续使用。nm2.03.589西南大学物理实验教学示范中心四、实验仪器目镜物镜上下移动旋钮读数标尺读数鼓轮反光镜读数标尺(似螺旋测微仪)1mm读数:10mm+39.1×0.01mm10.391mm载物台西南大学物理实验教学示范中心四、实验仪器钠光灯牛顿环NG实验光路布置西南大学物理实验教学示范中心五、实验内容及步骤1、布置光路。2、点亮钠光灯，照亮显微镜的视场。3、调节显微镜（目镜调焦、物镜调焦）。4、调节牛顿环的位置。5、转动测微鼓轮，依次对准各环的位置，并记录数据。6、根据所测数据计算凸透镜的曲率半径R。西南大学物理实验教学示范中心六、实验数据记录nm2.03.589环的级别m2019181716平均值环的位置(mm)右左环的直径(mm)md环的级别n1514131211环的位置(mm)右左环的直径(mm)nd直径的平方(mm2)2md2nd)(22nmdd(mm2)逐差法计算相对误差西南大学物理实验教学示范中心七、实验注意事项1、调节显微镜的焦距时，应使物镜筒从待测物移开，使物镜筒自下而上地调节。严禁将镜筒反向调节，以免碰伤和损坏物镜和待测物。2、在整个测量过程中，十字叉丝中的一条线必须与主尺平行，十字叉丝的走向应与待测物的两个位置连线平行，同时不要将待测物移动。3、测量中的测微鼓轮只能向一个方向转动，以防因螺纹中的空程而引起的误差。4、调节时，应预先使显微镜筒标尺位置处在可移动范围的中点，以避免在测量时超出标尺的测量范围。5、测量过程中，不要碰动牛顿环和震动实验台，以免影响测量的准确性。西南大学物理实验教学示范中心