牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

等厚干涉一一牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹坑门ｎD環(huán)觀察和分析等厚干涉現(xiàn)象；學(xué)習(xí)利用干涉現(xiàn)象測(cè)量透鏡的曲率半徑;學(xué)會(huì)使用讀數(shù)顯微鏡測(cè)距。【實(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F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(zhǎng)，并測(cè)得第k級(jí)暗環(huán)的半徑rk，則可求得透鏡的曲率半徑R。但實(shí)際測(cè)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，使得干涉條紋的圓心和環(huán)級(jí)確定困難。用直徑Dm、Dn，有D2一D2R=mn—4(m一n)九此為計(jì)算R用的公式，它與附加厚光程差、圓心位置、絕對(duì)級(jí)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(zhǎng)?！緦?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(cè)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：調(diào)節(jié)450玻片，使顯微鏡視場(chǎng)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)。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(duì)上表面調(diào)焦才能找到清晰的干涉圖像。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(dòng)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)。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。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(zhuǎn)反射透明玻璃，直至從目鏡中能看到明亮均勻的光照。調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)物鏡直至觀察到清晰的干涉圖樣。移動(dòng)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(cè)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(cè)量牛頓環(huán)的直徑選取要測(cè)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。轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪。先使鏡筒向左移動(dòng)，順序數(shù)到55環(huán)，再向右轉(zhuǎn)到50環(huán)，使叉絲盡量對(duì)準(zhǔn)干涉條紋的中心，記錄讀數(shù)。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使叉絲依次與45,40,35,30,25,20,15,10,環(huán)對(duì)準(zhǔn)，順次記下讀數(shù)；再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使叉絲依次與圓心右10,15,20,25,30,35,40,45,50,55環(huán)對(duì)準(zhǔn)，也順次記下各環(huán)的讀數(shù)。注意在一次測(cè)量過程中，測(cè)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(jí)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...匚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。近中心的圓環(huán)的寬度變化很大，不易測(cè)準(zhǔn)，故從K=lO左右開始比較好；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)。應(yīng)從0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)。因?yàn)榘导y容易對(duì)準(zhǔn)，所以對(duì)準(zhǔn)暗紋較合適。，圈紋中心對(duì)準(zhǔn)叉絲或刻度尺的中心，并且當(dāng)測(cè)距顯微鏡移動(dòng)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】凸透鏡曲率半徑測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表取m—n=25九=5.893x10-7m，儀器誤差5x10-6mR〒0.8551m標(biāo)(R標(biāo)值以實(shí)驗(yàn)時(shí)用的牛頓環(huán)的曲率半徑值為準(zhǔn))(1)透鏡曲率半徑測(cè)量數(shù)據(jù)環(huán)數(shù)XLXRDmx10-3m環(huán)數(shù)XLXRDnx10-3mD2—D2mnx10-6m2D2-D2mnx10-6m2R(x10-1m)mx10-3mx10-3mnx10-3mx10-3m5529.76518.93110.8343028.41720.2788.13951.13251.52—0.358.743—0.0605029.52619.11010.4162528.17720.0137.46352.7974529.26319.4299.8342027.72520.9636.76250.982相對(duì)不確定度百分差4028.99819.6929.3061527.29921.3885.91151.6600.68%2.3%3528.70119.9728.7291026.82221.8565.01751.025(2)確定平凸透鏡凸面曲率半徑的最佳值D=X-X=(29.765-18.931)x10-3%=10.834x10-3mTOC\o"1-5"\h\z55L55R55D=X-X=(29.526-19.110)x10-3m=10.416x10-3m50L50R50D=X-X=(29.263-19.426)x10-3m=9.834x10-3m45L45R45D=X-X=(28.998-19.692)x10-3m=9.306x10-3m40L40R40

D=X-X=(28.701—19.972)xlO-3m=8.729xlOD=X-X=(28.701—19.972)xlO-3m=8.729xlO-3m35L35R35D=X-X=(28.417-20.278)x10-3m=8.139x10-3m30L30R30D=X-X=(28.177-20.013)x10-3m=7.463x10-3m25L25R25D=X-X=(27.725-20.963)x10-3m=6.762x10-3m20L20R20D=X-X=(27.299-21.388)x10-3m=5.911x10-3m15L15R15D=X-X=(26.822-21.856)x10-3m=5.017x10-3m10L10R10D2一D2=(10.8342一8.139)2x10-6m2=51.132x10-6m25530D2-D2=(10.4162-7.463)2x10-6m2=52.797x10-6m25025D2-D2=(9.8342-6.762)2x10-6m2=50.982x10-6m24520D2-D2=(9.3062-5.911)2x10-6m2=51.660x10-6m24015D2-D2=(8.7292-5.017)2x10-6m2=51.025x10-6m23510令D2-D2=Mmn51.132+52.797+50.982+51.660+51.0255x10-6m2=51.519x10-6m2曲率半徑的最佳值D2-D2R=mn-4(m-n)九51.519x10-64x25x5.893x10-7mm=0.8743m3）不確定度計(jì)算A類不確定度：工(M-M)2S=\1=1M'n-1=j(51.132—51.519衛(wèi)+(52.797—51.519衛(wèi)+(50.982—51.519衛(wèi)+(51.660—51.519衛(wèi)+(51.025—51.519衛(wèi)燈。6m25-1m=0.29x10-6m2B類不確定度：Ax10-6m=7x10-6m儀器誤差：A=5x10-6mmn=p(2x10.834x0.007)2+(2x8.139x0.007)2x10-6m2==0.19x10-6m2注：DmoDn取值最大值，Dm=D55=10.834^0-3m，Dn=D30=8.139^0-3m

???AM=((0.29)2+???AM=((0.29)2+(0.19)2x10-6m2=0.35x10-6m2A=M故R4(m-n)九0.35x10-64x25x5.893x10-7m=6.0x10-3m(4)寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：R=R±A=(8.743土0.060)x10-imR相對(duì)不確定度：ER=務(wù)=110-3x100=0.68%百分差：E=RR百分差：E=RR-R標(biāo)R標(biāo)x100%=(874.3—855.1)x10-3855.1x10-3x100%=2.3%注意：百分差要在5.0%以內(nèi)?！菊`差分析】1、觀察牛頓環(huán)時(shí)將會(huì)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