牛顿环实验

牛顿环实验大学物理实验基础物理实验中心刘军2006.8牛顿环简介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。他发现，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环，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。牛顿环实验实验原理仪器介绍实验任务实验方法数据处理注意事项实验原理等厚干涉半波损失牛顿环返回目录页等厚干涉平行光照射到薄介质上，介质上下表面反射的光会在膜表面处发生干涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉。返回半波损失波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。波由波密介质反射，反射点入射波与反射波的相位差π，光程差为λ/2，即产生了半波损失。对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。返回牛顿环将一曲率半径相当大的平凸玻璃透镜放在一平面玻璃的上面，则在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气隙。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）下一页2,1,0=2)1+2(3,2,1==2+2暗条纹明条纹kλkkλkλe空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：下一页返回22222eeRRrRe)(eR略去e2Rre22各级明、暗干涉条纹的半径：明条纹321212,,)(kRkr暗条纹210,,kkRrnmDDRnm422如波长已知，可用此法求出透镜曲率半径；反之亦然。仪器介绍读数显微镜钠灯平凸透镜返回目录页读数显微镜返回目镜物镜上下移动旋钮水平移动旋钮读数标尺读数盘钠灯返回钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。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589.6nm和589.0nm。这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源，并取其平均值589.3nm为波长。平凸透镜返回平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。平凸透镜平板玻璃实验任务返回目录页1.调节牛顿环装置系统，定性观察牛顿环图样特点，把干涉图样调到最佳。2.分别记录干涉圆环左右两侧的游标读数。3.用逐差法求出平凸透镜曲率半径。kkx、x实验方法返回目录页1.正确放置读数显微镜和牛顿环。用纳光等垂直照射。经45反射镜反射到牛顿环器件上，观察牛顿环干涉图样，调节显微镜，使条纹清晰。2记录实验数据。为了避免由机械原因引起的空程差，在测量过程中保证显微镜朝同一方向运动读出示数。数据处理返回目录页数据记录表格曲率半径计算误差分析数据记录表格返回K171615141312111021.07321.17021.25221.34021.44621.54721.64521.72227.29027.21827.13027.06026.95526.86026.76426.6566.2076.0485.8785.7205.5095.3135.1194.93438.65136.57834.55132.71830.34928.22826.20424.344kXkD2kDkX曲率半径计算返回16,16,16,162102144211215321221622132171DDRDDRDDRDDR式中.将上表中数据代入，分别得到mm6103.589mmRmmRmmRmmR2.888,3.885,6.885,0.8804321取平均值mmR8.884注意事项1.干涉环两侧的环序数不要数错。2.防止实验装置受震引起干涉环的变化。3.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。4.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。5.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。返回6.实验中可以用弦长取代牛顿环直径是否可以用弦长取代牛顿环直径？ml+klkmr+krkh结论：可以！22222222kmkhmkkmkrrhrhrll2222kmkkmkLLDD螺杆螺尺读数显微镜的空程误差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。误差分析返回