实验报告

用CCD成像系统观测牛顿环

【实验目的】

1. 在进一步熟悉光路调整的基础上，用透射镜观察等厚干涉现象----牛顿环；

2. 学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。

【实验原理】

.::实验预习::.

图1 透射式牛顿环原理图 来源上海交通大学物理实验中心

牛顿环仪是由一块曲率半径较大的平凸透镜放在光学平玻璃上构成，平玻璃表面与凸透镜球面之间形成 一楔形的空气间隙．当用平行光照射牛顿环仪时，在球面与平玻璃接触点周围就形成了同心圆干涉环———牛顿环．我们可以用透射光来观察这些干涉环，由于空气隙的边界表面是弯曲的，干涉环之间的间距是不等的．

在图2 中，一束光L 从左面照在距离为d 的空气楔处．部分光T1 在气楔的左面边界反射回去．部分光T2 通过气楔．在气楔的右面边界有部分光T3 反射回来，由于此处是从折射率大的平玻璃面反射，所以包含一个相位变化．部分光T4 先从气楔右边界反射回来，然后又从气楔的左面边界反射回来，每一次反射均有一个相位变化（即半波损失）．图2 表示两束光T2 和T4 形成透射干涉的原理．T2 和T4 的光程差Δ为

（1）

形成亮纹的条件：（n = 1，2，3，……表示干涉条纹的级数），即

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一、实验名称：

用牛顿环测量透镜的曲率半径

二、实验目的：

1、观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。

2、利用干涉原理测透镜曲率半径。

3、学习用逐差法处理实验数据的方法。

三、实验仪器：

牛顿环装置（其中透镜的曲率未知）、钠光灯（波长为589.3nm）、读数显微镜（附有反射镜）。

四、实验原理：

将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面放在一个光学平板玻璃上，使平凸透镜的球面AOB与平面玻璃CD面相切于O点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面与平板玻璃之间形成一个以接触点O为中心向四周逐渐增厚的空气劈尖。当单色平行光束近乎垂直地向AB面入射时，一部分光束在AOB面上反射，一部分继续前进，到COD面上反射。这两束反射光在AOB面相遇，互相干涉，形成明暗条纹。由于AOB面是球面，与O点等距的各点对O点是对称的，因而上述明暗条纹排成如图所示的明暗相间的圆环图样，在中心有一暗点（实际观察是一个圆斑），这些环纹称为牛顿环。

图（4）牛顿环装置 图（5）牛顿环

根据理论计算可知，与k级条纹对应的两束相干光的光程差为

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等厚干涉——牛顿环

【实验目的】

(1)用牛顿环观察和分析等厚干涉现象；

(2)学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；

(3)学会使用读数显微镜测距。

【实验原理】

在一块平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面相接触，在接触点附近就形成一层空气膜。当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样，

称为牛顿环，其光路示意图如图。

如果已知入射光波长，并测得第k级暗环的半径rk，则可求得透镜

的曲率半径R。但实际测量时，由于透镜和平面玻璃接触时，接触点有

压力产生形变或有微尘产生附加光程差，使得干涉条纹的圆心和环级确

定困难。用直径Dm、Dn，有 22Dm?DnR?4(m?n)?

此为计算R用的公式，它与附加厚光程差、圆心位置、绝对级次无

DD关，克服了由这些因素带来的系统误差，并且m、n可以是弦长。

【实验仪器】

JCD3型读数显微镜，牛顿环，钠光灯，凸透镜(包括三爪式透镜夹和固定滑座)。

【实验内容】

1、调整测量装置

按光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。调整时注意：

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北京师范大学珠海分校

大学物理实验报告

实验名称：牛顿环实验测量

院 工程技术学院 专 业 测控技术与仪器 学 号 1218060075

姓 名 钟建洲

同组实验者 1218010100杨孟雄

20xx年x月x日

实验名称

牛顿环实验测量

一、实验目的

1.观察牛顿环干涉现象条纹特征；

2.学习用光的干涉做微小长度的测量；

3.利用牛顿环干涉测量平凸透镜的曲率半径； 4.通过实验掌握移测显微镜的使用方法

二、实验原理

在一块平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面相接触，在接触点 o 附近就形成一层空 气膜。当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以 o 为圆心的明暗相间的环状干涉图样，称为牛顿环。如果已知入射光波长，并测得第 k 级 暗环的半径 rk ，则可求得透镜的曲率半径 R 。但 实际测量时，由于透镜和平面玻璃接触时，接触点有压力产生形变或有微尘产生附加光程差，使得干涉条纹的圆心和环级确定困难。第m环与第n环

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深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称：_大学物理实验_____________________ 实验名称： 学 院： 信息工程学院 指导教师： 报告人： 黄志宇 组号： 学号 2012130035 实验地点 科技楼90 实验时间： 2013 年 月 日 提交时间：

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2

3

4

5

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五、数据记录：

组号： ；姓名

λ=

9

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等厚干涉——牛顿环实验报告

【关键词】牛顿环、光的干涉现象 【实验目的】

(1)用牛顿环观察和分析等厚干涉现象； (2)学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径； 【实验原理】

通常将同一光源发出的光分成两束光，在空间经过不同的路程后合在一起产生干涉。牛顿环是典型的等厚干涉现象。牛顿环实验装置通常是由光学玻璃制成的一个平面和一个曲率半径较大的球面组成， 在两个表面之间形成一劈尖状空气薄层。以凸面为例，当单色光垂直入射时，在透镜表面相遇时就会 发生干涉现象，空气膜厚度相同的地方形成相同的干涉条纹，这种干涉称作等厚干涉。 在干涉条纹是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环，称牛顿环。

相关计算：由于透镜表面B点处的反射光1和玻璃板表面C点的反射光2在B点出发生干涉，在该处产生等厚干涉条纹。按照波动理论，设形成牛顿环处空气薄层厚度为d，两束相干光的光程差为：

△=2d + λ/ 2 = kλ 当适合下列条件时有

△ =2d + λ/ 2 = kλ ---------（1） ( K = 1，2，3，... 明环) △ =2d + λ/ 2 = (2k+1)λ/2---------（2） ( K = 1，2，3，... 暗环)

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基础物理实验研究性报告牛顿环干涉实验

牛顿环干涉实验研究性报告

First Author 第一作者：

School Number 学号：

Institute 院系：

Second Author 第二作者：

School Number 学号：

Institute 院系：

Third Author 第三作者：

School Number 学号：

Institute 院系：

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基础物理实验研究性报告牛顿环干涉实验

目录

【摘要】........................................................................................................................................... 3

【关键词】....................................................................................................................................... 3

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实 验 报 告

姓 名：张少典

同组姓名：张伟楠 班 级：F0703028 实验日期：20xx/03/24 学 号：5070309061 实验成绩： 指导老师： 批阅日期： ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

用CCD成像系统观察牛顿环

【实验目的】

1、在进一步熟悉光路调整的基础上，用透射光观察等厚干涉现象——牛顿环。

2、学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。

【实验原理】

测量时：

rnLrn = x

理论上：

上海交通大学

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【实验数据记录、结果计算】

L= 3.918 mm

? 数据处理

上海交通大学

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? 结果计算与分析

斜率??= 0.50532

R*λ = 0.50532 mm2

上海交通大学

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λ = 589.3nm = 5.893*10-4 mm

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