等厚干涉實(shí)驗(yàn)報(bào)告

南昌大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（下）_____________實(shí)驗(yàn)名稱：等厚干預(yù)____________學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級：學(xué)生姓名：學(xué)號：_實(shí)驗(yàn)地址：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)大樓B313座位號：___實(shí)驗(yàn)時間：第6周禮拜三下午三點(diǎn)四十五分_______文檔一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模翰炜磁ｎD環(huán)和劈尖的干預(yù)現(xiàn)象。認(rèn)識形成等厚干預(yù)的條件及特色。用干預(yù)法丈量透鏡的曲率半徑以及丈量物體的細(xì)小直徑或厚度。二、實(shí)驗(yàn)原理：等厚干預(yù)光的等厚干渉，是利用透明薄膜的上下兩表面對入射光挨次反射，反射光相遇時發(fā)生的物理現(xiàn)象，干預(yù)條件取決于光程差，光程差又取決于產(chǎn)生反射光的薄膜厚度，同一干預(yù)條紋所對應(yīng)的薄膜厚度相等，所以叫做等厚干渉。當(dāng)光源照到一塊由透明介質(zhì)做的薄膜上時，光在薄膜的上表面被切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，最后回到本來的媒質(zhì)中，在這里與反射光交迭，發(fā)生相關(guān)。只需光源發(fā)出的光束足夠?qū)?，相關(guān)光束的交迭區(qū)能夠從薄膜表面向來延長到無量遠(yuǎn)。薄膜厚度同樣處產(chǎn)生同一級的干預(yù)條紋，厚度不一樣處產(chǎn)生不一樣級的干預(yù)條紋。這類干預(yù)稱為等厚干預(yù)。如圖1圖1牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑文檔當(dāng)一個曲率半徑很大的平凸面鏡的凸面放在一片平玻璃上時，二者之間就形成近似劈尖的劈形空氣薄層，當(dāng)平行光垂直地射向平凸面鏡時，因?yàn)橥哥R下表面所反射的光和平玻璃片上表面所反射的光互相關(guān)預(yù)，結(jié)果形成干預(yù)條紋。假如光束是單色光，我們將察看到明暗相間的齊心環(huán)形條紋；如是白色光，將察看到彩色條紋。這類齊心的環(huán)形干預(yù)條紋稱為牛頓環(huán)。圖3本實(shí)驗(yàn)用牛頓環(huán)來測定透鏡的曲率半徑。如圖2。設(shè)在干預(yù)條紋半徑ｒ處空氣厚度為ｅ,那么，在空氣層下表面Ｂ地方反射的光芒比在Ａ地方反射的光芒多經(jīng)過一段距離２ｅ。別的，因?yàn)槎叻瓷淝闆r不一樣：Ｂ處是從光疏媒質(zhì)（空氣）射向光密媒質(zhì)（玻璃）時在界面上的反射，Ａ處則從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)時被反射，因Ｂ處產(chǎn)生半波損失，所以光程差還要增添半個波長，即：δ=2ｅ＋λ/2（１）依據(jù)干預(yù)條件，當(dāng)光程差為波長整數(shù)倍時相互增強(qiáng)，為半波長奇數(shù)倍時相互抵消，所以：2e/2k明環(huán)2e/22k1/22暗環(huán)從上圖中可知：r2=R2-(R-e)2=2Re-e2因Ｒ遠(yuǎn)大于ｅ，故ｅ2遠(yuǎn)小于２Ｒｅ，ｅ2可忽視不計(jì)，于是：ｅ＝ｒ2／2Ｒ（３）上式說明ｅ與ｒ的平方成正比，所以走開中心愈遠(yuǎn)，光程差增添愈快，所看到的圓環(huán)也變得越來越密。文檔把上邊（３）式代入（２）式可求得明環(huán)和暗環(huán)的半徑：r22k1R/24r2kR假如已知入射光的波長λ，測出第ｋ級暗環(huán)的半徑ｒ，由上式即可求出透鏡的曲率半徑Ｒ。但在實(shí)質(zhì)丈量中，牛頓環(huán)中心不是一個理想的暗點(diǎn)，而是一個不太清楚的暗斑，沒法切實(shí)定出ｋ值，又因?yàn)殓R面上有可能存在細(xì)小塵埃，這些都給丈量帶來較大的系統(tǒng)偏差。我們能夠經(jīng)過取兩個半徑的平方差值來除去上述兩種原由造成的偏差。假定附帶厚度為ａ，則光程差為：δ＝2（ｅ＋ａ）＋λ/2=(2ｋ＋1)λ/2即ｅ＝ｋλ/2－ａ將（３）式代入得：ｒ2＝ｋＲλ－2Ｒａ（５）取ｍ、ｎ級暗環(huán)，則對應(yīng)的暗環(huán)半徑為ｒm，ｒｎ，由（５）式可得：２ｒm＝ｍＲλ－2Ｒａ２ｒn＝ｎＲλ－2Ｒａrm2rn2R(6)(mn)由此可解得透鏡曲率半徑Ｒ為：采納(6)式比采納(4)式能獲得更正確的結(jié)果，又因?yàn)榄h(huán)心不易準(zhǔn)定，所以式(6)要改用直徑ｄｍ，ｄｎ來表示：dm2dn2R(7)4(mn)本實(shí)驗(yàn)即采納上式計(jì)算透鏡的曲率半徑。劈尖干預(yù)丈量薄片厚度文檔如圖4所示，劈尖干預(yù)也是一種等厚干預(yù)，其同一條紋是由劈尖同樣厚度處的反射光相關(guān)產(chǎn)生的,其形狀決定于劈尖等厚點(diǎn)的軌跡,所以是直條紋。與牛頓環(huán)近似,劈尖產(chǎn)生暗紋條件為2ｅ＋λ/2=(2ｋ＋1)λ/2與k級暗紋對應(yīng)的劈尖厚度e=kλ/2設(shè)薄片厚度d,從劈尖尖端到薄片距離L,相鄰暗紋間距L,則有d=(L/L)/(λ/2)圖4圖5三、實(shí)驗(yàn)儀器：牛頓環(huán)裝置、劈尖，讀數(shù)顯微鏡、鈉光燈和電源等。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟：（Ⅰ）、利用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑1、啟動鈉光燈電源，利用自然光或燈光調(diào)理牛頓環(huán)裝置，均勻且很輕地調(diào)理裝置上的三個螺絲，使牛頓環(huán)中心條紋出此刻透鏡正中，無畸變，且為最小。2、前后左右挪動讀數(shù)顯微鏡，輕輕轉(zhuǎn)動鏡筒上的４５°反光玻璃，使鈉光燈正對45°玻璃。直至眼睛看到顯微鏡視場較亮，呈黃色。3、把牛頓環(huán)裝置放在讀數(shù)顯微鏡的物鏡下，將顯微鏡筒放至最低，而后慢慢高升鏡筒，看到條紋后，往返輕稍微調(diào)，直到在顯微鏡整個視場都能看到特別清楚的干預(yù)條紋，察看并解說干預(yù)條紋的分文檔22（ｄm－ｄn）。布特色。4、丈量牛頓環(huán)的直徑轉(zhuǎn)動目鏡看清目鏡筒中的叉絲，挪動牛頓環(huán)裝置，使十字叉絲的交點(diǎn)與牛頓環(huán)中心重合，挪動測微鼓輪，使叉絲交點(diǎn)都能正確地與各圓環(huán)相切，這樣才能正確無誤地測出各環(huán)直徑。在丈量過程中，為了防止轉(zhuǎn)動零件的螺紋空隙產(chǎn)生的空程偏差，要求轉(zhuǎn)動測微鼓輪使叉絲超出右邊第３３環(huán)，而后倒回到第３０環(huán)開始讀數(shù)（在丈量過程中也不行倒退，免得產(chǎn)生偏差）。在轉(zhuǎn)動鼓輪過程中，每一個暗環(huán)讀一次數(shù)，記下各次對應(yīng)的標(biāo)尺數(shù)據(jù)X，第２０環(huán)以下，因?yàn)闂l紋太寬，不易對準(zhǔn)，不用讀數(shù)。這樣，在牛頓環(huán)雙側(cè)可讀出２０個地點(diǎn)（環(huán)中心雙側(cè)各10個）數(shù)據(jù)，由此可計(jì)算出從第２１環(huán)至第３０環(huán)的十個直徑，即：ｄｉ＝│X1－X2│，X1，X2分別為同一暗環(huán)直徑左右兩頭的讀數(shù)。這樣一共１０個直徑數(shù)據(jù)，按ｍ－ｎ＝５配成５對直徑平方之差：即：（Ⅱ）、利用劈尖干預(yù)測定細(xì)小厚度或細(xì)絲直徑將疊在一同的兩塊平板玻璃的一端插入一個薄片或細(xì)絲，則兩塊玻璃板間即形成一空氣劈尖，當(dāng)用單色光垂直照耀時，和牛頓環(huán)同樣，在劈尖薄膜上下兩表面反射的兩束光也將發(fā)生干預(yù)，體現(xiàn)出一組與兩玻璃板交接線平行且間隔相等、明暗相間的干預(yù)條紋，這也是一種等厚干預(yù)。1、將被測薄片或細(xì)絲夾于兩玻璃板之間，用讀數(shù)顯微鏡進(jìn)行察看劈尖干預(yù)的圖象。2、丈量10個暗紋間距,從而得出兩暗紋的間距L。3、丈量劈尖兩塊玻璃板交線到待測薄片或細(xì)絲的間距L。丈量次數(shù)起碼五次。五、數(shù)據(jù)剖析：(λ=0.00005893cm)牛頓環(huán):22/mnX1/cmX2/cmdi=|x1-x2|/cmdi2/cm2??-??R/cm????2cm文檔252.98092.23730.74360.55294293.00412.21200.79210.627420.0948180.4429242.97422.24440.72980.53261282.99922.21760.78160.610900.0985383.5992232.96682.25100.71580.51237272.99282.22410.76870.590900.1002085.0161222.95882.25830.70050.49070262.99732.23060.76670.587830.11847100.5176212.95092.26580.68510.46936均勻值0.1001084.9330此中：Rdm2dn2，計(jì)算殘差??,獲得：4(mn)??=????-??v1v2v3v4v5-9.844cm-4.490cm-1.333cm0.083cm15.585cm計(jì)算不確立度為：22222△R=√??1+??2+??3+??4+??5≈9.510cm5-1R=R+△R=84.933±9.510cm△RE=??×100%≈11.20%劈尖：次數(shù)1起點(diǎn)1終點(diǎn)2起點(diǎn)2終點(diǎn)3起點(diǎn)3終點(diǎn)Xi/cm1.89802.00681.89802.13261.89802.2548L/cm0.10880.23460.3568文檔依據(jù)逐差法計(jì)算得出，?L1/cm?L2/cm?L3/cm????L/cm0.10880.12580.12220.1189????L?l=10=0.01189cm???λ≈2.95×10-4????d=×2?l注意事項(xiàng)：為了防止轉(zhuǎn)動零件的螺紋空隙產(chǎn)生的空程偏差，在丈量過程中，只好朝一方挪動讀數(shù)顯微鏡，不行倒退。為了防備眼睛疲憊，連續(xù)察看條紋讀數(shù)據(jù)時中間要歇息幾次。六、偏差剖析：（1）丈量儀器顯微鏡，游標(biāo)卡尺自己存在的偏差。（2）丈量劈尖尖端到薄片距離時的丈量偏差。（3）察看條紋時因?yàn)槠v或察看出現(xiàn)偏差而致使的丈量偏差。（4）讀顯微鏡主副尺和游標(biāo)卡尺的讀數(shù)偏差。文檔七、思慮題：1.牛頓環(huán)的中心在什么狀況下是暗的？什么狀況下是亮的？假如是空氣膜的話，因?yàn)榘氩〒p失，中心是暗點(diǎn)，假如中心是介質(zhì)膜，且介質(zhì)的折射率小于牛頓環(huán)的話，因?yàn)閮纱伟氩〒p失，中心為亮的。實(shí)驗(yàn)中碰到以下狀況，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否