牛顿环测凸透镜的曲率半径实验完整报告含数据总8.docxVIP

牛顿环测凸透镜的曲率半径实验完整报告含数据 牛顿环是牛顿1675年在制作天文望远镜时，偶然将一个望远镜的物镜放在平玻璃上发现的。牛顿环干涉是用分振幅法产生的干涉。其特点是同一干涉纹处两反射面间的厚度相等，故牛顿环属于等厚干涉。在实验工作中，通常利用牛顿环来检查光学元件表面的光洁度、平整度、球面度和加工精度，还可用来测定单色光的波长。 【实验目的】 1、 学习用牛顿环测量透镜的曲率半径。 2、 熟练使用读数显微镜。 【实验仪器】 ??? 读数显微镜、牛顿环器件、钠光灯（波长589.3nm） 【实验原理】 牛顿环器件如图所示，将一块曲率半径很大的平凸透镜A，凸面向下叠放在一块平板玻璃B上。 当平行的单色光垂直于平凸透镜的平面入射时，射入透镜的光在透镜的凸表面上有一部分反射，另一部分则折射向平板玻璃的上表面，并发生反射，这两部分光再相遇便发生干涉。由于A、B之间形成一个厚度由零增大的空气膜，而且在以接触点为中心的同一圆周上，空气膜的厚度相等，根据等厚干涉原理，产生干涉条纹。所以，牛顿环的干涉条纹是以O为中心的明暗相间、内疏外密的同心圆环，干涉环定义在凸表面上。 当一束单色光垂直照射时，设在条纹半径r处空气层厚度为d，那么，在空气层下表面C处所反射的光线比在B处所反射的光线多经过一段距离。此外，由于两者反射情况不同：前者是从光疏媒质（空气）射向光密媒质（玻璃）时在界面上被反射，后者则从光密媒质射向光疏媒质时被反射，因前者产生半波损失，故光程差还应增加半个波长，所以两条反射光的总光程差为 根据干涉条件，当光程差为波长的整数倍时互相加强，为半波长奇数倍时互相抵消，因此在薄膜上、下表面的两束光的光程差满足下式： 凸透镜与平板玻璃接触处常常由于接触压力引起形变，使接触处不是一点而是圆面，故牛顿环的中心不易确定，不是理想的一个接触点，而是一个不甚清晰地暗或亮的圆斑，难以准确判定级数k和半径；又因镜面上可能有尘埃的存在，从而引起附加的光程差。为克服这些因素的影响，我们改用两个暗环第m环与第n环的直径。 本实验就是采用上式来计算透镜的曲率半径。 牛顿环实验视频 【实验内容与步骤】 1、用读数显微镜观察牛顿环干涉现象：??? ? ? ? ? ? ?（1）点亮钠光灯，预热五分钟。???? ?? ?（2）将牛顿环器件放置在读数显微镜的载物台上，翻转读数显微镜下的反射镜，使之不能反射来自钠光灯的光。 ?（3）调节显微镜的目镜，看清叉丝。然后调节纵叉丝与读数显微镜横向走动方向垂直（亦即十字叉丝横线与显微镜的主尺方向平行）。? （4）调节显微镜的调焦旋钮，使物镜刚刚接触到牛顿环器件，再缓缓地自下而上地调节显微镜的焦距，从目镜中观察到牛顿环的干涉现象。 ?（5）将观察到的牛顿环的圆心移至视场中心，移动牛顿环器件使牛顿环的圆心处于目镜的十字形叉丝上。转动测微螺丝，十字形叉丝移动。再仔细调焦以消除干涉条纹与分划板准丝之间的视差。 ?（6）观察牛顿环的分布特征。例如：各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔有无变化；牛顿环中心是亮斑还是暗斑，如何解释？ 2、采用双向测量法测量牛顿环的直径： ? （1）以中心暗斑为零环向左移动数环，数到第十八环，再向回数并使十字形叉丝的竖线与第15环暗环左边相切，从显微镜主尺和测微螺旋上记下第15环X左位置。 ? （2）转动测微螺旋，使十字形叉丝向右移动数条纹，并与每一干涉环的暗环左边相切，记下每一圆环左边位置，记录到左侧的第6环。 ? （3）继续向右移动物镜，边移动边数环数，跨过零环，向右数，从右侧第6环开始计数，一直记到第15环，则完成了从左向右的测量。 ? （4）再向右多数几环，向相反方向转动测微螺旋，从右向左测量从右侧第15环一直测到右侧第6环, 跨过零环,再从左侧第6环测到左侧第15环，则完成了从右向左的测量。记录数据填入表4-15-1中。 3、计算凸透镜的曲率半径R? 【实验数据记录与处理】 【注意事项】 1.??干涉环两侧的序数不要数错。 2.??防止实验装置受振动引起干涉环的变化。 3.??防止移测显微镜的“回程”，第一个测量值就要注意。测量过程要单向测量。 4.??平凸透镜L及平板玻璃P的表面加工不均匀是此实验的重要误差来源。为此应测大小不等的多个干涉环的直径去计算R，可得平均的效果。 【思考题】 1.???用牛顿环测定透镜曲率半径的条件是什么？ 2.???如何解释牛顿环干涉图样中不等间距的现象。