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牛顿环实验误差的分析及改进

( ) 第 24卷第 4 期               湖北民族学院学报 自然科学版               Vol. 24 No. 4 ( ) 2006年 12 月          Journal of Hubei In stitute for N ationalities N atural Science Edition            D ec. 2006 牛顿环实验误差分析及改进 左安友 ,翁祝林 ,李兴鳌 ( ) 湖北民族学院理学院 物理系 ,湖北 恩施 445000 摘要 :详细分析了 “用牛顿环测透镜的曲率半径 ”实验中的系统误差 ,发现产生较大系统误差的主要原因. 提出 了减小该实验系统误差的方法 ———叉丝交点对准法 ,结果显示新方法所产生的误差明显减小. 关键词 :牛顿环 ; 曲率半径 ;系统误差 中图分类号 : O436. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1008 - 8423 (2006) 04 - 04 10 - 03 在光学发展史上 ,光的干涉实验 ,证实了光的波动性. 由同一光源发出的光 ,入射到透明物质界面上时 , 介质上下表面反射的光 ,在空间相遇就会形成等厚干涉条纹. 牛顿环干涉是一种典型的等厚干涉现象. 牛顿 环实验不仅是高等院校必开的基础光学实验之一 ,而且在科学研究和实际生产中应用广泛. 1 问题的提出 在大学物理实验 “用牛顿环测透镜的曲率半径 ”中, 其主要 目的是 :观察等厚干涉现象, 了解干涉条纹特 点, 并利用干涉原理测透镜曲率半径. 实验数据的采集一般都是利用读数显微镜测出多级牛顿环暗环条纹的 直径 D k , 再利用公式求出所用平凸透镜的曲率半径 R. 文献 [ 1]讨论了不同的数据采集方法对测量结果 R 的 影响; 文献 [ 2 ]分析了十字叉丝不能对准暗环中心 A 点时, 引起的对准误差. 但在批改学生实验报告时发现, 不同的学生按相同的要求, 利用同一牛顿环进行实验, 而给出的曲率半径结果却相差较大. 而后仔细观察学 生实验发现, 产生较大误差的原因除此以外主要还有以下两点: ( ) ( 1 牛顿环装置上的三个调节螺丝拧得过紧, 从而使透镜发生形变 从牛顿环中心干涉斑的大小可看 ) 出 , 使测量结果产生较大误差. ( ) [ 3~6] 2 关于调节读数显微镜 “十字叉丝竖线与显微镜筒的移动方向垂直 ” 很难把握. 没有判断的依据, 仅凭学生通过自我感觉来调节, 从而有的偏离 “垂直 ”较远而给实验结果带来较大系统误差. 2 原理简述 ( ) 牛顿环装置是由一块曲率半径很大 为 R 的平凸透镜和一块平面玻璃所组成, 如图 1所示. 在透镜的凸 ( ) 面与玻璃平面之间形成一个从中心 O 向四周逐渐增厚的空气层. 当一束单色光 实验用钠光 垂直入射到装 置

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