实验四、牛顿环详解.ppt

牛顿环结构（实验室） 【实验目的】 1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、掌握读数显微镜的调节和使用； 3、通过实验加深对等厚干涉原理的理解。 【实验原理】 一、牛顿环结构简介 二、测量原理 当透镜的凸面与平玻璃板接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间形成空气薄膜，离接触点等距离的地方，厚度相同。如图4－2所示，若以波长为 的单色平行光投射到这种装置上，则由空气膜上下表面反射的光波将互相干涉，形成干涉条纹为膜的等厚各点的轨迹，这种干涉是一种等厚干涉，其干涉图像如图4－3所示。 由前面知识可知： 3、调节显微镜M的目镜，看到清晰的叉丝，将显微镜对准牛顿环的中心，上下移动显微镜镜筒，对干涉条纹进行调焦。 4、用显微镜测量干涉条纹的半径。（ ）取10，可从40环测到20环，先测左半环，后测右半环，共测10组数据，依据4－4式计算R。 [实验数据处理]：测量10组数据，计算 * 波动光学 牛顿环干涉测定透镜曲率半径 * * 一 、 牛顿环 由一块平板玻璃和一平凸透镜组成 光程差 实验室中的牛顿环是由（待测）平凸透镜（半径约200～900cm）L和透明平板玻璃P叠合装在金属框架F之中构成的，如图上图所示。边框上有三个螺旋H，用以调节L和P之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置，调节H时不可旋的过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性变形，甚至损坏透镜 牛顿环实验装置 牛顿环干涉图样 显微镜 S L M半透半反镜 图0-4 T R 光程差 明纹 暗纹 r d 暗环半径 明环半径 4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等，怎样检测？ 1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？ 3）将牛顿环置于 的液体中，条纹如何变？ 工 件 标 准 件 暗环半径 明环半径 结论 思考 测量透镜的曲率半径 二、应用 例1 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第k个 暗环的半径为5.63mm , 第 k+5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径R. 解 S L 例2 如图所示为测量油膜折射率的实验装置 , 在平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波长 的单色光垂直入射下，从反射光中可观察到油膜所形成的干涉条纹 . 已知玻璃的折射率， 问：当油膜中心最高点与玻璃片的上表面相距 时，干涉条纹如何分布？可见明纹的条数及各明纹处膜厚 ? 中心点的明暗程度如何 ? 若油膜展开条纹如何变化? , 油膜的折射率 G 解 1）条纹为同心圆 油膜边缘 明纹 明纹 当油滴展开时，条纹间距变大，条纹数减少. 由于 故可观察到四条明纹 . 　总结 　　1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚度相等的点的轨迹 b 　　2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长条纹不等间距 3）条纹的动态变化分析（ 变化时） 劈尖角 每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动；当倾斜角 改变条纹形状改变 ☆干涉条纹的移动演示 1、读数显微镜 （编号： ） 2、 Na光源 （编号： ） 3、 牛顿环 （编号： ） 【实验仪器】 牛顿环是由待测平凸透镜L和透明平板玻璃P叠合装在金属框架F之中构成的，如图右图所示。边框上有三个螺旋H，用以调节L和P之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。 牛顿环是一种振幅分割的干涉仪器，虽然实验装置较简单，却可以测量平凸、平凹透镜中的大曲率半径，且精度较高，相对误差小于0.2% 。 或 【实验内容及步骤】 1、借助室内灯光用眼睛观察牛顿环，调节螺钉使干涉环位于透镜的中心。 2、将仪器按图4－5所示的示意图装置好，点