等厚干涉——牛顿环示范报告

    【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，并测得第级暗环的半径，则可求得透镜的曲率半径。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、，有

                

此为计算用的公式，它与附加厚光程差、圆心位置、绝对级次无关，克服了由这些因素带来的系统误差，并且、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：

    (1)调节45⁰玻片，使显微镜视场中亮度最大，这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求(下部反光镜不要让反射光到上面去)。

    (2)因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。

    (3)调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止，往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。

(4)牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用擦镜纸擦拭干净。

2、观察牛顿环的干涉图样

（1）调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。

（2）把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上45°角的反射透明玻璃片等高，旋转反射透明玻璃 ，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。

（3）调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。

3、测量牛顿环的直径

（1）选取要测量的m和n(各5环)，如取m为55，50，45，40，35，n为30，25，20，15，10。

（2）转动鼓轮。先使镜筒向左移动，顺序数到55环，再向右转到50 环，使叉丝尽量对准干涉条纹的中心，记录读数。然后继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与45，40，35，30，25，20，15，10，环对准，顺次记下读数；再继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与圆心右10，15，20，25，30，35，40，45，50，55环对准，也顺次记下各环的读数。注意在一次测量过程中，测微鼓轮应沿一个方向旋转，中途不得反转，以免引起回程差。

4、算出各级牛顿环直径的平方值后，用逐差法处理所得数据，求出

直径平方差的平均值代入公式求出透镜的曲率半径，并算出误差。    ．

    注意：

    (1)近中心的圆环的宽度变化很大，不易测准，故从K=lO左右开始比较好；

    (2)m-n应取大一些，如取m-n=25左右，每间隔5条读一个数。

    (3)应从O数到最大一圈，再多数5圈后退回5圈，开始读第一个数据。

    (4)因为暗纹容易对准，所以对准暗纹较合适。    ，

    (5)圈纹中心对准叉丝或刻度尺的中心，并且当测距显微镜移动时，叉丝或刻度尺的

某根线与圈纹相切(都切圈纹的右边或左边)。

【】

　　　　　　　　凹透镜曲率半径测量数据

数据表取  ，仪器误差： 0.005　

（1）　透镜曲率半径测量数据

数据表取  ，仪器误差： 0.005　

（2）确定平凸透镜凸面曲率半径的最佳值和不确定度D_R

 曲率半径的最佳值    ＝

令

有   =

又因为        所以有   

             

      

（3）写出实验结果：=(874.34.9)

相对误差：2.3%

【误差分析】

观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面；又镜面上可能有微小灰尘等存在，从而引起附加的程差，这都会给测量带来较大的系统误差。另外要用肉眼去观察暗条纹，误差会较大。

问题讨论：在等厚干涉-牛顿环实验中，如果改变显微镜的放大倍率，是否会影响测量结果？

会的. 因为牛顿环中心的圆点并非绝对的一个点,  它其实也是一系列同心圆,放大倍数过高,会导致，你能看清这些圆,从而无法确定环的干涉级数,实验室中一般放大倍数在30到50倍之间 。

 

第二篇：物理实验报告 - 等厚干涉

实验名称：光的等厚干涉

一、引言：

    光的等厚干涉，是利用透明薄膜的上下两表面对入射光的一次反射，反射光相遇时发生的。

二、实验目的：

1、观察牛顿环和劈尖的干涉现象。

2、了解形成等厚干涉现象的条件极其特点。

3、用干涉法测量透镜的曲率半径以及测量物体的微小直径或厚度。

三、实验原理：

当一个曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一片平玻璃上，两者之间便会形成类似劈尖的劈形空气薄层，当平行光垂直地设想平凸透镜时，便会形成干涉条纹。牛顿环是一种的等厚干涉，利用它可以检验光学元件的平整度、光洁度；测定透镜的曲率半径或测量单色光波长。

本实验用牛顿环来测定透镜的曲率半径。为此要找出干涉条纹半径r、光波波长λ和透镜曲率半径R三者之间的关系。

; 又R>>e,e²<<2Re,e²可以忽略不计。

采用第n级和第m级计算R：

劈尖干涉：

四、实验仪器：

牛顿环装置，钠光灯，读数显微镜，劈尖，游标卡尺

五、实验内容：

1. 启动钠光灯，调节装置，开始实验。

2. 调节显微镜，使玻璃片呈45度。

3. 测量牛顿环直径。

4. 计算R。

六、实验记录：

七、数据处理：

1）

；

;

；

2）

87465.181mm

八、实验结果：

R=(8746.518±30.160)cm

E=0.345%

九、误差分析：

1. 实验中叉丝为对准圆心，导致实验误差，使结果较小。

2. 设备本身具有的误差。

3. 计算时，所导致的误差。