实验名称：牛顿环实验.doc

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1、实验五牛顿环实验实验性质：综合性实验教学目的和要求：1.理解牛顿环的形成原因与等厚干涉的含义。2.学习用牛顿环测量平凸透镜曲率半径，并熟练运用逐差法处理数据。3.熟练使用读数显微镜。教学重点与难点：1．理解牛顿环的成因与等厚干涉的含义2．测定牛顿环的直径与用逐差法来处理数据3.各仪器的正确使用。一．检查学生的预习情况检查学生预习报告:内容是否完整，表格是否正确。二．实验仪器和用具：牛顿环仪、钠灯、读数显微镜三．讲解实验原理1.牛顿环把一块曲率半径相当大的平凸透镜A的凸面放在一块很平的平玻璃B上，那么在两者之间就形成类似劈尖形的空气薄层

2、。如图1（a）。如果将一束单色光垂直地投射上去，则入射光在空气层上下两表面反射且在上表面相遇将产生干涉。在反射光中形成一系列以接触点O为中心的明暗相间的光环叫牛顿环。各明环（或暗环）处空气薄层的厚度相等，故称为等厚干涉。图1明、暗环的干涉条件分别是：其中一项是由于二束相干光线中，其中一束光从光疏媒质（空气）到光密媒质（玻璃）交界面上反射时，发生“半波损失”引起的。环半径r与厚度e的关系见图31-1（b）因为即R系透镜A的曲率半径。由于所以上式近似为带入明、暗环公式分别有（明环）（1）（暗环）（2）实验中利用暗环公式（2），由单色光λ所

3、形成的暗环来测定透镜曲率半径R时应注意公式（2）是认为接触点O处（r=0）是点接触，且接触处无脏东西或灰尘存在，但是，实际上接触是很小的面接触且存在脏物或灰尘，所以O处附近是一块模糊的斑迹。由于脏物的存在，那么在暗环条件的公式中就多一项光程差，于是有式中a为脏物的线度。暗环半径量a不能直接量度，但可按下述的方法消除：对于第个暗环半径对于第n个两式相减得（3）d为牛顿环的直径。实验时波长λ是已知的，所以只要测量第m和第n个直径和，从式（3）就可算出R来。2实验仪器介绍本实验的仪器主要有三部分：平凸透镜与平板玻璃组成的牛顿环装置、单色光源

4、和读数显微镜，它们装置如图3。图3图4牛顿环仪配套安装，使用时请勿随意翻动，以免打碎或平面、凸面装错。单色光源用的是钠光灯，工作线路如图4，灯管内有双层玻璃泡，装有少量氩气和钠。通电时加热灯丝，氩气即放出淡紫色光，钠受热后汽化，渐渐放出强的黄光，其波长在589.3nm附近。本实验中用读数显微镜来测量牛顿环的直径d（注意读数显微镜的调整及读数方法。）四．演示实验，讲解实验步骤：利用牛顿圈测量透镜曲面的曲率半径R（1）借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环仪，调节框上的螺旋使牛顿环位于透镜的中心，但要注意螺旋不可旋的过紧。（2）按图3置放仪器

5、，开亮钠灯，调节玻片M使显微镜中可以看到较强黄光。（3）把牛顿环仪放在读数显微镜的载物台上，调节显微镜使可以清晰地看到牛顿环，然后微微转动目镜，使目镜中的十字叉丝与牛顿环的中心重合（十字叉丝应调成水平竖直方向）。（1）旋转手轮N，使显微镜筒往一方向移动，如从牛顿环中心向右移动到相当远的一环，譬如说是第17环，然后向左移到第12环开始测量读数，继续向左移到11、10、9、8、7、……环并一一读数，测到第三环后，仍向左移，通过中心，继续左移读出第3……12环的读数，记录于表格中，算出牛顿环直径，最后，由公式（3）求透镜曲面曲率半径R。（2

6、）关闭电源，整理仪器。强调实验注意事项：A钠灯开亮后需等数分钟才会发出强的黄光。B每开、关一次对钠灯的寿命很有影响，因此不要轻易开、关。又因灯的使用寿命较短，因此也不要开而不用。应做好准备工作，使用时间尽量集中，不漏测量数据，免得重新开亮。C开亮时应垂直放置，不得受冲击或振动，使用完毕，须待冷却后才能颠倒摇动，避免金属钠流动，影响灯的性能。D读数显微镜的手轮只能往一个方向转动。五．数据记录与处理利用牛顿环测量透镜曲面的曲率半径R已知钠黄光波长=589.3nm第一步：计算各级暗环直径第二步：计算各级暗环直径的平均值第三步：把各级暗环直径

7、的平均值带入下式求第四步：将带入下式求R第五步：计算R的不确定度第六步：写出最终测量结果表达式：R=U（注：直径d读数的B类不确定度为0.01mm。）六．指导学生做实验在此期间注意观察学生做实验并及时纠正学生错误的或不当的实验操作，运用启发式引导学生解决实验所遇到的疑问。学生在实验过程中容易出现的问题：1．从读数显微镜中观察不到牛顿环；2．数错牛顿环的环序数；3．旋转读数显微镜的鼓轮时容易倒转，出现回程误差。八．实验结果检查，教师签字要特别注意检查测量数据是增大或减小的顺序与有效数字的保留及其单位。九．作业：本次实验报告预习迈克尔逊干

8、涉实验十．课后总结与分析计算单位要统一.对等厚干涉的含义与应用牛顿环求透镜的半径的推导的理解不是很深刻.