实验八用牛顿环测透镜的曲率半径(实验报告).docVIP

实验八 用牛顿环测透镜曲率半径 ［实验目的］ 1.观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。 2.利用干涉原理测透镜曲率半径。 3.学习用逐差法处理实验数据的方法。 ［实验原理］ 牛顿环条纹是等厚干涉条纹。 由图中几何关系可得 因为Rdk所以 （1） 由干涉条件可知，当光程差 （2） 其干涉条纹仅与空气层厚度有关，因此为等厚干涉。由(1)式和(2)式可得暗条纹其环的半径 (3) 由式(3)可知，若已知入射光的波长λ，测出k级干涉环的半径rk，就可计算平凸透镜的曲率半径。 所以 (4) 只要测出Dk和Dk+m，知道级差m，并已知光的波长λ，便可计算R。 ［实验仪器］ 钠光灯，读数显微镜，牛顿环。 ［实验内容］ 1.将牛顿环置于读数显微镜载物合上，并调节物镜前反射玻璃片的角度，使显微镜的视场中充满亮光。 2.调节升降螺旋，使镜筒处于能使看到清晰干涉条纹的位置，移动牛顿环装置使干涉环中心在视场中央。并观察牛顿环干涉条纹的特点。 3.测量牛顿环的直径。由于中心圆环较模糊，不易测准，所以中央几级暗环直径不要测，只须数出其圈数，转动测微鼓轮向右(或左)侧转动18条暗纹以上，再退回到第18条，并使十字叉丝对准第18条暗纹中心，记下读数，再依次测第17条、第16条…至第3条暗纹中心，再移至左(或右)侧从第3条暗纹中心测至第18条暗纹中心，正式测试时测微鼓轮只能向一个方向转动，只途不能进进退退，否则会引起空回测量误差。 4.用逐差法进行数据处理及第18圈对第8圈，第17圈对第7圈…。其级差m=10，用(4)式计算R。 ［实验数据处理］ 在本实验中，由于在不同的环半径情况下测得的R的值是非等精度的测量，故对各次测量的结果进行数据处理时，要计算总的测量不确定度是个较复杂的问题。为了简化实验的计算，避免在复杂的推导计算中耗费过多时间，本实验中研究测量的不确定度时仅按等精度测量的情况估算（）的标准偏差，而忽略B类不确定度的估算和在计算中因不等精度测量所带来的偏差。 表1 牛顿环测量数据 m =10,λ=5.893×10-4mm 圈数 显微镜读数/mm D/mm D2/mm2 Dk+m2-Dm2 /mm2 左方 右方 18 22.934 14.590 8.344 69.122 36.352 8 21.640 15.872 5.768 33.270 17 22.820 14.714 8.106 65.707 36.773 7 21.425 16.046 5.379 28.934 16 22.698 14.810 7.888 62.221 36.465 6 21.302 16.227 5.075 25.756 15 22.582 14.930 7.652 58.553 36.482 5 21.109 16.411 4.698 22.071 14 22.462 15.050 7.412 54.938 36.542 4 20.894 16.605 4.289 18.396 13 22.348 15.126 7.222 52.157 37.396 3 20.680 16.838 3.842 14.761 36.668 mm2 0.385 mm2 1.556 m = 0.016 m 1.556±0.016 m ［实验分析］ 1.在测量时，我们近似认为非等精度测量为等精度测量会给实验结果带来误差，另外暗条纹有一定的宽度，选取条纹中心也会带来误差。 2.测量时，若使测微鼓轮向两个方向转动，会带来回程误差。