牛顿环测量曲率半径试验报告.docVIP

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实验名称:牛顿环测量曲率半径实验 : 1.实验目的 1 观察等厚干涉现象,理解等厚干涉的原理和特点 2 学习用牛顿环测定透镜曲率半径 3 正确使用读数显微镜,学习用逐差法处理数据: 2.实验仪器 读数显微镜,钠光灯,牛顿环,入射光调节架 实验原理3.1 图点为接触点,这样C上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB,如图所示,在平板玻璃面DCF之间,形成一层厚度不均匀的空气薄膜,单色光从上方垂直入射到透镜上,DCFACB和在透过透镜,近似垂直地入射于空气膜。分别从膜的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线,它们满足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉,干涉后的强度由相遇的两条 e光线的光程差决定,由图可见,二者的光程差的两倍,即等于膜厚度 此外,当光在空气膜的上表面反射时,是从光密媒质射向光疏媒质,反射光不发生相位突变,而在下表面反射时,则会发生相位突变,即在反射点处,反射光的相位与入射光的附加光?/2,与之对应的光程差为?/2 ,所以相干的两条光线还具有的相位之间相差? 程差,总的光程差为 )(1 满足条件当? )(2 级亮纹,而当时,发生相长干涉,出现第K 3)(级暗纹。因为同一级条纹对应着相同的膜厚,所以干涉条纹时,发生相消干涉,出现第k点为中心的同心圆,这就是所谓的牛顿C是一组等厚度线。可以想见,干涉条纹是一组以 环。 k如图所示,设第级条纹的半径为,则,对应的膜厚度为 )4( 2 eR e相对于在实验中,R,的大小为几米到十几米,而的数量级为毫米,所以kk2Re 是一个小量,可以忽略,所以上式可以简化为k ) (5 r )可得)和(如果3是第k级暗条纹的半径,由式(1k )(6 )得透镜曲率半径的计算公式代入式(5 ) (7 为常数,暗纹半径R对给定的装置, ) (8 的平方根成正比,即随着k的增大,条纹越来越细。和级数kr )和(2同理,如果)得是第k级明纹,则由式(1k (9) 代入式(5),可以算出 (10) 由式(8)和(10)可见,只要测出暗纹半径(或明纹半径),数出对应的级数k,即可算出R。 在实验中,暗纹位置更容易确定,所以我们选用式(8)来进行计算。 在实际问题中,由于玻璃的弹性形变及接触处不干净等因素,透镜和玻璃板之间不可r就很难测准,而且在接能是一个理想的点接触。这样一来,干涉环的圆心就很难确定,k触处,到底包含了几级条纹也难以知道,这样级数k也无法确定,所以公式(8)不能直接用于实验测量。 在实验中,我们选择两个离中心较远的暗环,假定他们的级数为m和n,测出它们的直d = 2r,d = 2r,则由式(径8)有 nnmm由此得出 )11( 从这个公式可以看出,只要我们准确地测出某两条暗纹的直径,准确地数出级数m和n之差(m-n)(不必确定圆心也不必确定具体级数m和n),即可求得曲率半径R。 4.实验内容 1.? 观察牛顿环 将牛顿环放置在读数显微镜镜筒和入射光调节架下方,调节玻璃片的角度,使通过显微镜目镜观察时视场最亮。 调节目镜,看清目镜视场的十字叉丝后,使显微镜镜筒下降到接近牛顿环仪然后缓慢上升,直到观察到干涉条纹,再微调玻璃片角度和显微镜,使条纹清晰。 2.? 测牛顿环半径 使显微镜十字叉丝交点和牛顿环中心重合,并使水平方向的叉丝和标尺平行(与显微镜移动方向平行)。记录标尺读数。 转动显微镜微调鼓轮,使显微镜沿一个方向移动,同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数,直到竖丝与第N环相切为止(N根据实验要求决定)。记录标尺读数。 3.? 重复步骤2测得一组牛顿环半径值,利用逐差法处理得到的数据,得到牛顿环半径R和R的标准差 5.数据处理及结果: 6.实验小结 结论:所用牛顿环半径为1.605m,标准差为94.59mm。 误差分析:主要来源于读数时产生的误差。 在仿真实验中,鼠标点击旋钮时,每次的转动幅度较大,叉丝无法准确地与条纹相切,所以记录数据不准确。 建议:对该仿真实验系统进行完善,使得调节旋钮能连续进行,更接近实际,使仿真实验更有实际意义。 7.思考题 1.牛顿环产生的干涉属于薄膜干涉,在牛顿环中薄膜在什么位置? 答:牛顿环的薄膜是介于牛顿环下表面(凸面)与下面的平面玻璃之间的一层空气薄膜。 2.为什么牛顿环产生的干涉条纹是一组同心圆环? 答:干涉时薄膜等厚处光程差相等,产生的干涉现

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