牛頓環(huán)實驗課件-人教版

牛頓環(huán)實驗牛頓環(huán)實驗實驗原理

在一塊水平的玻璃片B上，放一曲率半徑R很大的平凸透鏡A，把它們裝在框架DC中，這樣就組成了牛頓環(huán)儀?？蚣苌嫌腥齻€螺旋H，用來調節(jié)A和B的相對位置，以改變牛頓環(huán)的形狀和位置。實驗原理在一塊水平的玻璃片B上，放一曲率半徑R很大的牛頓環(huán)儀的結構

牛頓環(huán)儀的結構牛頓環(huán)儀

牛頓環(huán)儀

在牛頓環(huán)儀里，A、B之間形成了一軸對稱劈形空氣薄膜。當平行單色光垂直照射牛頓環(huán)儀時，由于透鏡下表面所反射的光和平面玻璃片上表面所反射的光發(fā)生干涉，在透鏡上表面將呈現(xiàn)干涉條紋。這些干涉條紋都是以平凸透鏡和平面玻璃片的接觸點O為中心的一系列明暗相間的同心圓環(huán)。這種干涉現(xiàn)象最早于1675年由牛頓發(fā)現(xiàn)并描述，故稱為牛頓環(huán)。在牛頓環(huán)儀里，A、B之間形成了一軸對稱劈形空氣薄膜。當干涉原理和牛頓環(huán)

干涉原理和牛頓環(huán)

設透鏡的曲率半徑為R，與接觸點O距離為r處的空氣薄膜的厚度為e，由于平面玻璃片上的反射光線有“半波損失”，所以空氣薄膜上下表面反射光之間的光程差。設透鏡的曲率半徑為R，與接觸點O距離為r處的空氣薄儀器介紹讀數(shù)顯微鏡鈉燈平凸透鏡儀器介紹讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡返回目鏡物鏡上下移動旋鈕水平移動旋鈕讀數(shù)標尺讀數(shù)盤讀數(shù)顯微鏡返回目鏡物鏡上下移動旋鈕水平移動旋鈕讀數(shù)標尺讀數(shù)盤鈉燈返回

鈉光燈是一種氣體放電燈。在放電管內充有金屬鈉和氬氣。開啟電源的瞬間，氬氣放電發(fā)出粉紅色的光。氬氣放電后金屬鈉被蒸發(fā)并放電發(fā)出黃色光。鈉光在可見光范圍內兩條譜線的波長分別為589.59nm和589.00nm。這兩條譜線很接近，所以可以把它視為單色光源，并取其平均值589.30nm為波長。

鈉燈返回鈉光燈是一種氣體放電燈。在放電管內充有金屬平凸透鏡返回

平凸透鏡與平板玻璃組合成牛頓環(huán)實驗樣品。平凸透鏡平板玻璃平凸透鏡返回平凸透鏡與平板玻璃組合成牛頓環(huán)實驗樣品實驗內容實驗公式

測量牛頓環(huán)直徑，計算平凸透鏡曲率半徑R。實驗內容實驗公式測量牛頓環(huán)直徑，計算平凸實驗公式返回

在空氣厚度為e的地方，上下表面反射的光的光程差為2e+λ/2，其中后一項是“半波損失”。光程差為(2k+1)λ/2處為干涉暗條紋，得到曲率半徑計算公式：實驗公式返回在空氣厚度為e的地方，上下表面反射的光的光實驗步驟

(1)調節(jié)牛頓環(huán)儀。在眼睛細心觀察的同時，反復耐心地調節(jié)牛頓環(huán)儀的三個螺絲，使牛頓環(huán)面上出現(xiàn)清晰細小的同心圓環(huán)且位于圓框中心。(2)通過轉動調焦螺絲，使顯微鏡下降，將牛頓環(huán)儀置于工作臺面上，使其正對著顯微鏡。也就是說，牛頓環(huán)儀上那些同心圓環(huán)的中心應盡可能與物鏡的中心處于同一條垂直線上。這要求顯微鏡與牛頓環(huán)儀比較接近時才容易做到。然后提升顯微鏡，用彈簧片把牛頓環(huán)儀輕輕壓住。實驗步驟(1)調節(jié)牛頓環(huán)儀。在眼睛細心觀察的同時，反復耐(3)把鈉燈放在顯微鏡正前方約20cm處。打開鈉燈開關，預熱10min。待發(fā)出明亮的黃光后，調節(jié)物鏡下方的反光鏡方向。當在讀數(shù)顯微鏡的視場中看到一片明亮的黃光時，就表明有一束平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)儀上。(4)緩緩旋動目鏡，使鏡筒內的十字叉絲清晰見。(5)一邊通過目鏡觀察牛頓環(huán)儀形成的牛頓環(huán)，一邊緩緩轉動調焦螺絲，使干涉條紋清晰(不要讓物鏡觸及待測物，以免壓壞反光鏡)。若看到的牛頓環(huán)中心與十字叉絲中心不重合，可輕輕移動牛頓環(huán)儀，使二者重合。(3)把鈉燈放在顯微鏡正前方約20cm處。打開鈉燈開關，預(6)轉動讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲向右移動，直到十字叉絲豎線對準第25暗環(huán)線的中心為止(即相切)。然后反轉讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲豎線對準第20暗環(huán)線的中心，讀記該環(huán)直徑的右端坐標S20。讀數(shù)方法是，在標尺上，讀取整毫米數(shù)(單位為mm)，在讀數(shù)鼓輪上讀取小數(shù)，此兩數(shù)之和即為S20。鼓輪邊一周分為100小格，它轉動一周，螺紋測桿帶動顯微鏡平移lmm，故鼓輪每旋轉1小格，顯微鏡平移0.0lmm。再估計出十分之一小格，故可以估讀出0.001mm。(6)轉動讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲向右移動，直到十字叉絲豎線對(7)沿相同方向，繼續(xù)轉動讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲豎線依次對準第19，18，17，16，15，10，9，8，7，6，5暗環(huán)線的中心，讀記各環(huán)直徑的右端坐標S19，S18，…，S5。(8)沿相同方向繼續(xù)轉動讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲通過環(huán)心后，依次對準第5，6，7，8，9，10，15，16，17，18，19，20暗環(huán)線的中心，讀記各環(huán)直徑左端的L5，L6，L7，…，L20。(7)沿相同方向，繼續(xù)轉動讀數(shù)鼓輪，使十字叉絲豎線依次對準(9)求出各暗環(huán)直徑：Di=Li-Si

如：D20=L20–S20

D19=L19–S19(10)用逐差法，求相距10個暗環(huán)的6個ΔD2的值，即

ΔD12=D202-D102,ΔD22=D192-D92,……

：再取它們的平均值代入(4)式，計算透鏡的曲率半徑的平均值。

(11)計算出的標準誤差和相對誤差E。(9)求出各暗環(huán)直徑：Di=Li-Si模擬演示模擬演示操作要點儀器布置觀測牛頓環(huán)測量直徑操作要點儀器布置儀器布置返回儀器布置返回觀測牛頓環(huán)返回光源對準目鏡筒上的45°平板玻璃，調節(jié)平板玻璃方向，使光垂直照在平凸透鏡裝置上。此時通過目鏡可以看到明亮的黃色背景。調節(jié)目鏡清晰地看到十字叉絲，然后由下向上移動顯微鏡鏡筒（為防止壓壞被測物體和物鏡，不得由上向下移動?。辞迮ｎD干涉環(huán)。觀測牛頓環(huán)返回光源對準目鏡筒上的45°平板玻璃，調節(jié)平板玻璃測量牛頓環(huán)直徑返回橫向改變顯微鏡筒位置，使叉絲由左第20圈外向第20圈移動直至叉絲交點與之重合，讀出第20環(huán)的讀數(shù)，繼續(xù)朝同一方向移動叉絲順序讀數(shù)至左第11環(huán)；仍按原方向移動叉絲（為防止產生空程差），越過中央暗環(huán)，按同樣方法讀取右第11、…、至右第20環(huán)。計算出第20、第19、……、第11環(huán)直徑。用逐差法處理數(shù)據(jù)，公式中（m-n）為5。測量牛頓環(huán)直徑返回橫向改變顯微鏡筒位置，使叉絲由左第20圈外數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄曲率半徑計算不確定度評定數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄表格返回第I環(huán)111213……1920左（mm)右（mm)D(mm)單位：mm數(shù)據(jù)記錄表格返回第I環(huán)111213……1920左曲率半徑計算返回曲率半徑計算返回不確定度評定返回先分別計算u(D15)和u(D5),其中B類不確定度均可取。由傳遞關系計算R的不確定度。不確定度有效數(shù)字取1位。不確定度評定返回先分別計算u(D15)和u(D5),其中B常識介紹(1)回程誤差移動讀數(shù)顯微鏡，使其從左右兩個方向對準同一目標的兩次讀數(shù)，似乎應該相同，但實際上由于螺桿和螺套不可能完全密切接觸，螺旋轉動方向改變時它們的接觸狀態(tài)也將改變，兩次讀數(shù)將不同，由此產生的測量誤差稱為回程誤差。為了避免回程誤差，使用讀數(shù)顯微鏡時，應沿同一方向移動讀數(shù)顯微鏡，使叉絲對準各個目標。常識介紹(1)回程誤差(2)鈉燈鈉燈是實驗室中最重要的單色光源之一。鈉燈分低壓和高壓兩種，其工作原理與汞燈相似，都是金屬蒸氣弧光放電。鈉燈工作時，在可見光區(qū)發(fā)射出兩條極強的黃色譜線(又稱D雙線)，它們的波長分另為589.0nm和89.6nm，通常取它們的平均值589.3nm作為黃光的標準參考波長，許多光學常數(shù)常以它作為基準。(2)鈉燈問題思考(1)試述牛頓環(huán)的干涉原理。(2)實驗中為什么要測量多組數(shù)據(jù)?采用什么方法處理這些數(shù)據(jù)?(3)在反射光中牛頓環(huán)中央是暗點還是亮點?各級條紋粗細是否一致?條紋間隔是否相同?為什么靠近中心的相鄰兩暗條紋之間的距離比邊緣的大?問題思考(1)試述牛頓環(huán)的干涉原理。(4)如果在反射光中觀察到牛頓環(huán)中央不是暗斑，而是亮斑，這種現(xiàn)象如何解釋?(提示：從平凸透