廣大實(shí)驗(yàn)報(bào)告——等厚干涉測曲率半徑

1、等厚干涉一一牛頓環(huán)示范報(bào)告【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 用牛頓環(huán)觀察和分析等厚干涉現(xiàn)象；(2) 學(xué)習(xí)利用干涉現(xiàn)象測量透鏡的曲率半徑;(3) 學(xué)會使用讀數(shù)顯微鏡測距?！緦?shí)驗(yàn)原理】在一塊平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透鏡，使其凸面與平面相接觸，在接觸點(diǎn)附近就形成一層空氣膜。當(dāng)用一平行的準(zhǔn)單色光垂直照射時(shí)，在空氣膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接觸點(diǎn)為圓心的明暗相間的環(huán)狀干涉圖樣，稱為牛頓環(huán)，其光路示意圖如圖。如果已知入射光波長，并測得第k級暗環(huán)的半徑rj則可求得透鏡的曲率半徑R。但實(shí)際測量時(shí)，由于透鏡和平面玻璃接觸時(shí)，接觸點(diǎn)有壓力產(chǎn)生形變或有微塵產(chǎn)生附加光程差，使得干涉條紋的

2、圓心和環(huán)級確定困難。用直目徑Dm、Dn,有_2_2D_Dm-DnR-4(m-n)-此為計(jì)算R用的公式，它與附加厚光程差、圓心位置、絕對級次無關(guān)，克服了由這些因素帶來的系統(tǒng)誤差，并且Dm、Dn可以是弦長。圖29牛頓環(huán)及其形成光路的示意圖【實(shí)驗(yàn)儀器】JCD3型讀數(shù)顯微鏡，牛頓環(huán)，鈉光燈，凸透鏡(包括三爪式透鏡夾和固定滑座)?！緦?shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、調(diào)整測量裝置按光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器的讀數(shù)顯微鏡使用說明進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時(shí)注意：(1) 調(diào)節(jié)45°玻片，使顯微鏡視場中亮度最大，這時(shí)，基本上滿足入射光垂直于透鏡的要求(下部反光鏡不要讓反射光到上面去)。(2) 因反射光干涉條紋產(chǎn)生在空氣薄膜的上表面，顯微鏡應(yīng)對

3、上表面調(diào)焦才能找到清晰的干涉圖像。(3)調(diào)焦時(shí)，顯微鏡筒應(yīng)自下而上緩慢地上升，直到看清楚干涉條紋時(shí)為止，往下移動顯微鏡筒時(shí)，眼睛一定要離開目鏡側(cè)視，防止鏡筒壓壞牛頓環(huán)。(4)牛頓環(huán)三個(gè)壓緊螺絲不能壓得很緊，兩個(gè)表面要用擦鏡紙擦拭干凈。2、觀察牛頓環(huán)的干涉圖樣(1)調(diào)整牛頓環(huán)儀的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，在自然光照射下能觀察到牛頓環(huán)的干涉圖樣，并將干涉條紋的中心移到牛頓環(huán)儀的中心附近。調(diào)節(jié)螺絲不能太緊，以免中心暗斑太大，甚至損壞牛頓環(huán)儀。(2)把牛頓環(huán)儀置于顯微鏡的正下方，使單色光源與讀數(shù)顯微鏡上45口角的反射透明玻璃片等高，旋轉(zhuǎn)反射透明玻璃，直至從目鏡中能看到明亮均勻的光照。(3)調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使

4、十字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)物鏡直至觀察到清晰的干涉圖樣。移動牛頓環(huán)儀，使中心暗斑(或亮斑)位于視域中心，調(diào)節(jié)目鏡系統(tǒng)，使叉絲橫絲與讀數(shù)顯微鏡的標(biāo)尺平行，消除視差。平移讀數(shù)顯微鏡，觀察待測的各環(huán)左右是否都在讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)范圍之內(nèi)。3、測量牛頓環(huán)的直徑(1)選取要測量的m和n(各5環(huán))，如取m為55,50,45,40,35,n為30,25,20,15,10。(2)轉(zhuǎn)動鼓輪。先使鏡筒向左移動，順序數(shù)到55環(huán)，再向右轉(zhuǎn)到50環(huán)，使叉絲盡量對準(zhǔn)干涉條紋的中心，記錄讀數(shù)。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動測微鼓輪，使叉絲依次與45,40,35,30,25,20,15,10,環(huán)對準(zhǔn)，順次記下讀數(shù)；再繼續(xù)轉(zhuǎn)動測微鼓輪，使叉絲依次

5、與圓心右10,15,20,25,30,35,40,45,50,55環(huán)對準(zhǔn)，也順次記下各環(huán)的讀數(shù)。注意在一次測量過程中，測微鼓輪應(yīng)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，中途不得反轉(zhuǎn)，以免引起回程差。4、算出各級牛頓環(huán)直徑的平方值后，用逐差法處理所得數(shù)據(jù)，求出瓦二瓦。直徑平方差的平均值代入公式求出透鏡的曲率半徑，并算出誤差。注意：(1)近中心的圓環(huán)的寬度變化很大，不易測準(zhǔn)，故從K=lO左右開始比較好；(2)m-n應(yīng)取大一些，如取m-n=25左右，每間隔5條讀一個(gè)數(shù)。(3) 應(yīng)從O數(shù)到最大一圈，再多數(shù)5圈后退回5圈，開始讀第一個(gè)數(shù)據(jù)。(4) 因?yàn)榘导y容易對準(zhǔn)，所以對準(zhǔn)暗紋較合適。，(5) 圈紋中心對準(zhǔn)叉絲或刻度尺的中心，

6、并且當(dāng)測距顯微鏡移動時(shí)，叉絲或刻度尺的某根線與圈紋相切(都切圈紋的右邊或左邊)?！緮?shù)據(jù)記錄與處理】凹透鏡曲率半徑測量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表取mn=25九=5.893x10"mm,儀器誤差：0.005mmR=855.1mm(1) 透鏡曲率半徑測量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表取mn=25九=5.893m103mm，儀器誤差：0.005mm%=855.1mm環(huán)數(shù)XlXrDm(mm)環(huán)數(shù)XlXrDn(mm)_2_2DmDn2(mm)22Dm2-Dn2(mm2)R(mm)m(mm)(mm)n(mm)(mm)5529.76518.93110.8343028.41720.2788.13951.13251.519±0.

7、283867.675029.52619.11010.4162528.17720.0137.46352.797895.924529.26319.4299.8342027.72520.9636.76250.982865.134028.99819.6929.3061527.29921.3885.91151.660876.633528.70119.9728.7291026.82221.8565.01751.025865.86(2)確定平凸透鏡凸面曲率半徑的最佳值和不確定度小曲率半徑的最佳值Dm2-Dn251.519R=7=874.3mm4(m-n)425589310令Dm2-Dn2=Mn£(

8、Mj_JM)2i工n_J(51.132_51.519)2(52.797_51.519)2(50.982_51.519)2(51.660_51.519)2(51.025_51.519)2=0.283mm又因?yàn)镽rM所以有Sr二Sm儀=0.005mm(3)寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：R=R±AR(mm)=(874.3±4.9)mm相對誤差：ER=R-R#父100%=874.3855.1m100%=2.3%R標(biāo)855.1【誤差分析】觀察牛頓環(huán)時(shí)將會發(fā)現(xiàn)，牛頓環(huán)中心不是一點(diǎn)，而是一個(gè)不甚清晰的暗或亮的圓斑。其原因是透鏡和平玻璃板接觸時(shí)，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面；又鏡面上可能有微小灰塵等存在，從而引起附加的程差，這都會給測量帶來較大的系統(tǒng)誤差。另外要用肉眼去觀察暗條紋，誤差會較大