牛顿环测定透镜曲率半径课件.ppt

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1、光的干涉法测透镜曲率半径17世纪初，物理学家牛顿发现，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”。主要内容实验原理将曲率半径较大的平凸透镜A放在一块光学玻璃B上，A、B之间形成一厚度变化的空气薄膜。空气薄膜厚度从中心接触点到四周边缘逐渐增加。当波长为λ的单色光垂直照射到此空气薄膜时，则一部分在空气薄膜的上表面反射，一部分在空气薄膜下表面反射，两束反射光产生了光程差，相遇发生

2、干涉。空气厚度相同的点组成一系列同心圆，因此，通过显微镜观察时，可以看到明暗相间、间隔逐渐减小的同心环，称为“牛顿环”，是等厚干涉形成的条纹。根据光路，单色平行光束通过平凸透镜C点分成两部分，一部分反射，一部分透射，透射光穿过空气薄膜到达D点，在D点又被反射，C、D两点反射的光束产生光程差。光从光疏介质向光密介质垂直反射时（D点）。产生半波损失，所以总光程差为：第k级暗条纹的半径为:光程差：由干涉条件:明环暗环由图可见:牛顿环测透镜曲率半径的原理实验仪器钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。钠光在可见光

3、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，并取其平均值589.30nm为波长。1.启动钠光灯电源(预热)。2.牛顿环装置的调节。调节牛顿环上的三个螺丝松紧适中，直到目测到牛顿环图像处于牛顿环仪中间。将牛顿环仪放到物镜下方的载物台上。3.前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的反光玻璃。直至眼睛看到显微镜视场较亮。实验内容（简化）4.调节升降台高度和水平、调节45°平板玻璃方向、将载物台下方的平面镜的反射面向下，使光源对准目镜下端的45°半反玻璃，，这

4、时光垂直照在牛顿环仪装置上，此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。5.调节读数显微镜的水平调节手轮至初始读数刻度约25cm；调节目镜至清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移动显微镜调焦手轮（为防止压坏被测物体和物镜，不得由上向下移动！），至看清牛顿干涉环。小心移动牛顿环仪至从目镜观察到等厚干涉花样—牛顿环的中心与叉丝的中心重合。6.转动水平调节手轮，使叉丝竖线依次经过第1级暗环、2、3、…，直到第40级暗环。然后倒回到叉丝竖线与39级暗环相切时开始读数，根据数据记录表，沿刚才的方向（不许倒转）转动水平调节手轮依次记录叉丝竖

5、线与左侧其它各级级暗环相切时的读数,继续沿着不变的方向转动水平调节手轮至环的右侧，同样读取叉丝竖线与各级级暗环相切时的读数。7.实验结束，整理仪器，计算结果及其不确定度。数据记录（填入实验报告表格）曲率半径计算：不确定度评定：按照书本要求取m-n=20，将数据分成10组，求出曲率半径R。由传递关系计算R的不确定度。不确定度有效数字取1位。数据记录与处理注意事项：1、在测量过程中，鼓轮应沿同一方向转动，以防止产生回程差2、对物镜调焦时，应使物镜筒从最低点自下而上缓慢地调节，以免损坏仪器3、显微镜筒标尺位置预先置于可移动

6、范围的重点，以避免超出测量范围4、测量过程，不要碰触牛顿环和震动试验台，以免影响测量准确性应用1、判断透镜表面凹凸2、精确检验光学元件表面质量3、测量液体折射率1.有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？2.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？思考题半波损失波传播过程中，遇到光疏介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。波由光密介质反射，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