高中物理奧林匹克競賽復賽實驗考核課件實驗十七等厚干涉牛頓環(huán)

實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)

研究光的干涉現(xiàn)象有助于加深對光的波動性的認識，也有助于進一步學習近代光學實驗技術，如長度的精密測量、光彈性研究、全息照相技術等?！緦嶒災康摹?．用牛頓環(huán)法測定透鏡的曲率半徑。2．學會使用測量顯微鏡，加深對光的波動性的認識。1/4/20251實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗裝置】鈉光燈讀數(shù)顯微鏡牛頓環(huán)1/4/20252實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗原理】牛頓環(huán)的結構如圖所示，上部為一曲率半徑為?R?的平凸透鏡，下部為一平板玻璃，中間形成一空氣層。當用單色平行光垂直照射時，空氣層上表面反射的光與空氣層下表面反射的光滿足相干條件，將產生光的干涉。由于各處空氣層厚度?e?不同，將產生不同的光程差。由等厚干涉原理可知，凡厚度相同的地方將形成同一級次的條紋。顯然，這里產生的干涉圖樣將是以透鏡與平板玻璃的接觸點為圓心的明暗相間的同心圓。我們稱這些同心圓為牛頓環(huán)，如圖所示。1/4/20253實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗原理】在實驗中，暗紋比較容易觀察，則由暗紋產生條件得

其中?k=0，1，2…?為暗紋的級次，rk?為這一級次暗環(huán)的半徑，為入射光波長，R?為透鏡的曲率半徑。

1/4/20254實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗內容】

1．如圖所示，將牛頓環(huán)裝置放在顯微鏡工作臺上，單色光源（鈉光燈，其波長為?589nm）?放在45°透光半反射鏡?前方且與其等高?？紤]到其背景亮度，可不使用下方反射境。首先僅憑眼睛沿鏡筒方向觀察牛頓環(huán)（彩色的小園環(huán)），若找到，再移動牛頓環(huán)裝置，并調整顯微鏡筒位置，使牛頓環(huán)處在鏡筒正下方。2．調節(jié)目鏡，使十字刻度線清晰。1/4/20255實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗內容】3．轉動套在物鏡頭上的?45°透光反射鏡，使鏡正對光源，顯微鏡視場達到最亮，調節(jié)調焦旋鈕，使牛頓環(huán)成像清晰。適當移動牛頓環(huán)裝置，使牛頓環(huán)圓心（暗斑）處在視場正中央。4．調整十字刻度線的方向。移動顯微鏡筒，注意觀察十字刻度線中的一條橫線是否與鏡筒移動方向平行。1/4/20256實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實驗內容】

5．若取?m-n=10，?m=30,29,28,27,…,21，?n=20,19,18,17,…,11，那么先移動顯微鏡使十字刻度線豎線位置落在第?35?級暗環(huán)處，然后反向緩慢移動顯微鏡，使十字刻度線豎線切于第?30?級暗環(huán)的中間，記下讀數(shù)。然后，依次測出?29,28,…,21,20,19,18,…,11?級暗環(huán)的讀數(shù)，并繼續(xù)沿同一方向移動顯微鏡，經過牛頓環(huán)中心到達另一側第?11?級暗環(huán)處，依次測出?11,12,13,…,20,21,22,…,30?級暗環(huán)的讀數(shù)。注意在此測量過程中，任何時候都不能沿相反方向移動顯微鏡，以免出現(xiàn)螺距差，影響測量結果。

6.計算透鏡的曲率半徑?R?，并計算絕對不確定度ΔR，最后結果表示成：1/4/20257實驗十七等厚干涉—牛頓環(huán)【預習思