实验十六等厚干涉现象的研究.docx

实验十六等厚干涉现象的研究【实验目的】1、 观察牛顿环产生的等厚干涉条纹，加深对等厚干涉现象的认识2、 掌握测量平凸透镜曲率半径的方法实验仪器】牛顿环仪、钠灯、读数显微镜【实验原理】牛顿环仪是由曲率半径约为200-700厘米的待测平凸透镜厶和磨光的平玻璃 板P叠和装在金属框架F中构成，如图16-1所示框架边上有三个螺旋H, 用来调节厶和PZ间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置调节H时，螺旋 不可旋得过紧，以免接触压力过人引起透镜弹性形变，英至损坏透镜图 16-1如图16-2所示，在平面玻璃板BBf上放置一曲率半径为R的平凸透镜AO/T,两者之间便形成一层空气薄层当用单色光垂直照射下来时，从空气上下两个表面反射的光束1和光束2在空气表而层附近相遇产生干涉，空气层厚度相等处形成相同的干涉条纹，这种干 涉现象称为等厚干涉此等厚干涉条纹最早由牛顿发现，故称为牛顿坏在干涉 条纹上，光程并和等处，是以接触点0为中心，半径为厂的明暗相间的同心岡, 厂、h、R三者关系为h — (16-1)(16-2)2R _ h因/?/? （/?为儿米，/2为儿分之一厘米） 所以2R光程差为R 2=2/?-- 2(16—3)（16-3）式是进入透镜的光束，光束1先由透镜凸面反射回去，光束2穿 过透镜进入空气膜后，由平而玻璃板反射形成的光程差，式中X/2为额外光程差。

223%在反射光中见到的亮坏(16一4)在反射光中见到的喑环(16-4)式中k=o, 1, 2,从上观察，以中心暗环为准，则冇(16—5)可见，测出条纹的半径八依（16-5）式便可计算出平凸透镜的半径/?实验方法和步骤】1・观察牛顿环（1）接通钠光灯电源使灯管预热2 ）将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下，镜筒置于读数标尺中央约25 厘米处3 ）待钠光灯正常发光后，调节读数显微镜下底座平台高度（底座可升降）, 使45度玻璃片正对钠灯窗口，并且同高4 ）在目镜中观察从空气层反射回来的光，整个视场应较亮，颜色呈钠光 的黄色，如果看不到光斑，可适当调节45度玻璃片的倾斜度（一般实验室事先 已调节好，不可随意调节）及平台高度，一直至看到反射光斑，并均匀照亮视场5） 调节目镜，在目镜中看到清晰的十字准线的像6） 转动物镜调节手轮，调节显微镜镜筒与牛顿环装置Z间的距离先将 镜筒下降，使45度玻璃片接近牛顿环装置但不能碰上，然后缓慢上升，直至在 目镜中看到清晰的十字准线和牛顿环像2 •测量21环到30环的直径（1） 粗调仪器，移动牛顿环装置，使十字准线的交点与牛顿环中心重合2） 放松目镜紧固螺丝（该螺丝应始终对准槽口），转动目镜使十字准线 中的一条线与标尺平行，即与镜筒移动方向平行。

3） 转动读数显微镜读数鼓轮，镜筒将沿着标尺平行移动，检查十字准线 中竖线与干涉环的切点是否与十字准线交点重合，若不重合，按步骤（1 ）、（ 2 ） 再仔细调节（检查左右两侧测量区域）4 ）把十字准线移到测量区域中央（25坏左右），仔细调节目镜及镜筒的焦距，使I•字准线像与牛顿环像无视差图 16-3（5 ）转动读数鼓轮，观察十字准线从中央缓慢向左（或向右）移至37环, 然后反方向口 37环向右移动，当十字准线竖线与30环外侧和切时，记录读数显 微镜上的位置读数心然后继续转动鼓轮，使竖线依次与29、28、27、26、25、 24、23、22、21环外侧相切，并记录读数过了 21环后继续转动鼓轮，并注意 读出环的顺序，直到十字准线回到牛顿环中心，核对该中心是否是k = 0.（6） 继续按原方向转动读数鼓轮，越过干涉圆环中心，记录十字准线与右 边第21、22、23、24、25、26、27、28、29、30环内外切时的读数，注意从37 环移到另一侧30环的过程中鼓轮不能倒转然后再反向转动鼓轮，并读出反向 移动时各暗环次序，并核对十字准线回到牛顿环中心时R是否是0o（7） 按上述步骤重复测量3次，将牛顿暗环位置的读数填入自拟表中。

数据处理】1 .方法如图16—3所示，因圈心处的位置无法确定，故先测出0厶…，O厶3,厶2, Ob之间的距离，再读岀OLi z, OL2f ...O厶/，其中OL\・OL\，为山级的圆环 直径同理叮得kg ... kn的圆环直径采用多项逐差法处理：首先把实验所测得Dk的数据分为A、B两组A 组:Di Q2Q3 …Da... DmB 纟R： Dm+l ,m+2 ,Dni+3 ・•・Db …2m于是可将（16—5）式改为R = 4ia得2D a = 4a AR(16—6)2D b = 4bAR将(16 6)和(16 7)两式相减得(16—7)4(b 一 a)A,(16—8)（16—8）式中， %,Db为A,B两组中的对应项，^h-a =m （恒值）2 .步骤(1)列岀原始测量数据2 )计算各环位置读数的平均值，并列在表中3) 计算各环的直径2 ,并列在表中4) 计算齐环的直径平方并列在表中5 )求 Dl ~Da(6 )用(16—8)式求出R的值7 )计算出屁、相对误差T及绝对误差RAR的数值注意事项】1 .使用读数显微镜时，为避免引进螺距差，移测时必须向同一方向旋转, 中途不可倒退2 •调节H时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变。

3・实验完毕应将牛顿环仪上的三个螺旋松开，以免牛顿环变形思考与讨论】1・牛顿环干涉条纹一定会成为鬪环形状吗？其形成的干涉条纹定域在何 处？2.从牛顿坏仪透射出到坏底的光能形成干涉条纹吗？如果能形成干涉坏, 则与反射光形成的条纹有何不同？3・实验中为什么要测牛顿坏直径，而不测其半径？4 •实验中为什么耍测量多组数据且采用多项逐差法处理数据？5・实验中如果用凹透镜代替凸透镜，所得数据有何异同？仪器构造说明JXD —B型读数显微镜丿畑一B型读数显微镜的构造、操作方法，见《光学实验基础知识》中常用仪器构造与调节的有关内容，请认真阅读。