大學物理實驗光的等厚干涉現(xiàn)象與應用

關于大學物理實驗光的等厚干涉現(xiàn)象與應用第1頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三實驗原理

一.等厚干涉

當光源照到一塊由透明介質做的薄膜上時，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射兩束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又經(jīng)上表面折射，最后回到原來的媒質中，在這里與反射光交迭，發(fā)生相干。只要光源發(fā)出的光束足夠寬，相干光束的交迭區(qū)可以從薄膜表面一直延伸到無窮遠。薄膜厚度相同處產(chǎn)生同一級的干涉條紋，厚度不同處產(chǎn)生不同級的干涉條紋。這種干涉稱為等厚干涉。

SABCDn1n2n1ei121'2'第2頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三二.用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑牛頓環(huán)儀是由一個曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面與一個平面玻璃接觸在一起構成，平凸透鏡的凸面與玻璃片之間的空氣層厚度從中心接觸點到邊緣逐漸增加。ORdm

牛頓環(huán)儀rm第3頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三

當用平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)儀上時，一部分光線在空氣層的下表面反射，一部分光線在空氣層的上表面反射，這兩部分光有光程差，它們在平凸透鏡的凸面附近相遇而發(fā)生干涉。當我們用顯微鏡來觀察時，便可清楚地看到中心是一暗圓斑，而周圍是許多明暗相間、間隔逐漸減小的同心環(huán)，稱為牛頓環(huán)。它屬于等厚干涉條紋。第4頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三m級干涉圓環(huán)對應的兩束相干光的光程差為：由干涉條件可知：

{

第5頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三R為透鏡的曲率半徑，rm為第m級干涉環(huán)的半徑，由幾何關系可得：所以，由于，可忽略，因此得到：（此式說明：與成正比，即離開中心愈遠，光程差增加愈快，因此，干涉環(huán)愈密。）整理后得：上式若已知，測出第m級暗條紋的半徑rm，便可算出透鏡的曲率半徑R。

第6頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三在實驗中不能直接用公式，原因有二：①實際觀察牛頓環(huán)時發(fā)現(xiàn)，牛頓環(huán)的中心不是一個點，而是一個不甚清晰的暗或亮的圓斑。其原因是透鏡與平板玻璃接觸時，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面，而圓面的中心很難定準，因此rk不易測準；②鏡面上可能有灰塵等存在而引起一個附加厚度，從而形成附加的光程差，這樣，絕對級數(shù)也不易定準。第7頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三

為了克服這些困難，對進行處理，首先取暗環(huán)直徑Dm來替代半徑rm，

,則可寫成：

或再采用逐差法，以消除附加光程差帶來的誤差，若m與n級暗環(huán)直徑分別Dm與Dn，則：兩式相減得：上式只出現(xiàn)相對級數(shù)（m-n），無需知道待測暗環(huán)的絕對級數(shù)，而且由于分子是，通過幾何分析可知，即使牛頓環(huán)中心無法定準，也不會影響R的準確度。

第8頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三實驗內容用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑1.熟悉讀數(shù)顯微鏡的使用方法

目鏡調焦手輪測微鼓輪鎖緊手輪標尺450可調式半反鏡第9頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三2.調整測量裝置。

1.調整牛頓環(huán)儀的三個調節(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角的反射透明玻璃片等高。旋轉反射透明玻璃，直至從目鏡中能看到明亮均勻的光照。3.調節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰；自下而上調節(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，調節(jié)目鏡系統(tǒng)，使叉絲橫絲與讀數(shù)顯微鏡的標尺平行，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。4.測量牛頓環(huán)的直徑。第10頁，講稿共12頁，2023年5月2日，星期三4.讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法主尺的分度值為1mm，測微鼓輪共有100個刻度，其份度值為0.01mm，可估讀到0