大学物理 等厚干涉

得分教师签名批改日期深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：实验等厚干涉学院：物理科学与技术学院专业：课程编号：组号：16 指导教师：报告人：学号：实验地点科技楼509实验时间：2011 年06 月20 日星期一实验报告提交时间：年月日1、实验目的_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 2、实验原理_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ 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_____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________5、数据记录 λ=环的级数 m24 23 22 21 20 19 18 17 16 15环的位置右侧/mm 左侧/mm环的直径mDmm 2mD2m m环的级数 n 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 环的位置右侧/mm 左侧/mm环的直径nDmm 2nD2m m22n m D D -2m mλ)(422n m D D R nm --=mR ∆m_______________±=R六 思考题1。

等厚干涉实验报告记录————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：大学物理实验报告（等厚干涉）一、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。

二、实验原理：1.牛顿环牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成，结构如图所示。

当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时，由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜，经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差，它们在平凸透镜的凸面（底面）相遇后将发生干涉，干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆，称为牛顿环（如图所示。

由牛顿最早发现）。

由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等，故称为等厚干涉。

牛顿环实验装置的光路图如下图所示：设射入单色光的波长为λ，在距接触点r k处将产生第k级牛顿环，此处对应的空气膜厚度为d k，则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为22λδ+=kknd式中，n为空气的折射率（一般取1），λ/2是光从光疏介质（空气）射到光密介质（玻璃）的交界面上反射时产生的半波损失。

根据干涉条件，当光程差为波长的整数倍时干涉相长，反之为半波长奇数倍时干涉相消，故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况：2)12(2222λλλδ+=+=kkdkkK=1,2,3,…K=0,1,2,…由上页图可得干涉环半径r k，膜的厚度d k与平凸透镜的曲率半径R之间的关系222)(kkrdRR+-=。

由于dk远小于R，故可以将其平方项忽略而得到22kkrRd=。

结合以上的两种情况公式，得到：λkRRdrkk==22，暗环...,2,1,0=k由以上公式课件，r k与d k成二次幂的关系，故牛顿环之间并不是等距的，且为了避免背光因素干扰，一般选取暗环作为观测对象。

⼤学物理实验--等厚⼲涉实验名称：等厚⼲涉⼀.实验⽬的：1. 理解⽜顿环和劈尖⼲涉条纹的成因与等候⼲涉的含义：2. 学会⽤等候⼲涉法测量薄膜厚度和透镜曲率半径，并熟练运⽤逐差法处理实验数据3. 学习正确使⽤读数显微镜的⽅法。

⼆. 实验仪器测量显微镜、⽜顿环、钠光灯、劈尖装置和待测细丝。

三．实验原理当⼀束单⾊光⼊射到透明薄膜上时，通过薄膜上下表⾯依次反射⽽产⽣两束相⼲光。

如果这两束反射光相遇时的光程差仅取决于薄膜厚度，则同⼀级⼲涉条纹对应的薄膜厚度相等，这就是所谓的等厚⼲涉。

本实验研究⽜顿环和劈尖所产⽣的等厚⼲涉。

1. 等厚⼲涉如图3-17-1所⽰，玻璃板A 和玻璃板B ⼆者叠放起来，中间加有⼀层空⽓（即形成了空⽓劈尖）。

设光线1垂直⼊射到厚度为d 的空⽓薄膜上。

⼊射光线在A 板下表⾯和B 板上表⾯分别产⽣反射光线2和2′，⼆者在A 板上⽅相遇，由于两束光线都是由光线1分出来的（分振幅法），故频率相同、相位差恒定（与该处空⽓厚度d 有关）、振动⽅向相同，因⽽会产⽣⼲涉。

我们现在考虑光线2和2′的光程差与空⽓薄膜厚度的关系。

显然光线2′⽐光线2多传播了⼀段距离2d 。

此外，由于反射光线2′是由光密媒质（玻璃）向光疏媒质（空⽓）反射，会产⽣半波损失。

故总的光程差还应加上半个波长2/λ，即2/2λ+=?d 。

根据⼲涉条件，当光程差为波长的整数倍时相互加强，出现亮纹；为半波长的奇数倍时互相减弱，出现暗纹。

因此有：=+=?22λd+?2)12(22λλK K 出现暗纹，，，出现亮纹 210,3,2,1==K K 光程差?取决于产⽣反射光的薄膜厚度。

同⼀条⼲涉条纹所对应的空⽓厚度相同，故称为等厚⼲涉。

2. ⽜顿环当⼀块曲率半径很⼤的平凸透镜的凸⾯放在⼀块光学平板玻璃上，在透镜的凸⾯和平板玻璃间形成⼀个上表⾯是球⾯，下表⾯是平⾯的空⽓薄层，其厚度从中⼼接触点到边缘逐渐增加。

离接触点等距离的地⽅，厚度相同，等厚膜的轨迹是以接触点为中⼼的圆。

姓名：；学号；班级；教师________；信箱号：______ 预约时间：第_____周、星期_____、第_____~ _____节；座位号：_______预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称等厚干涉二、实验目的(1) 观察和研究等厚干涉的现象及其特点 .(2) 练习用干涉法测量透镜的曲率半径、微小厚度 ( 或直径 ).三、实验原理(基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)利用透明薄膜上、下两表面对入射光的依次反射，入射光的振幅将分解成有一定光程差的几个部分.这是一种获得相干光的重要途径，被多种干涉仪所采用若两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同.这就是所谓的等厚干涉。

（见右图）总的光程差为：(1)当△满足条件：(2)时，发生相长干涉，出现第K级亮纹。

而当：(3)时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。

因为同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条纹是一组等厚度线。

可以想见，干涉条纹是一组以C点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。

如图所示，设第k级条纹的半径为rk，对应的膜厚度为ek ，则:(4)在实验中，R的大小为几米到十几米，而ek的数量级为毫米，所以R >>ek ，ek2相对于2Rk 是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为(5)如果rk是第k级暗条纹的半径，由式(1)和(3)可得:(6)代入式(5)得透镜曲率半径的计算公式(7)对给定的装置，R为常数，暗纹半径(8)和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细。

由于从劈尖的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在劈尖的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差等于劈尖厚度的两倍，即n = 0时，，即在两玻璃片交线处为零级暗条纹。

如果在细丝处呈现n = N级条纹，则待测细丝直径为(9)四、实验内容和步骤（要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）1. 观察牛顿环。

深圳大学实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：等厚干涉学院：专业：班级：组号：指导教师：报告人：学号：实验时间：年月日星期实验地点实验报告提交时间：一、实验目的a ．复习和巩固等厚干涉原理，观察等厚干涉现象；b ．利用牛顿环测量透镜球面的曲率半径；c ．学会如何消除误差、正确处理数据的方法；二、实验原理：1. 等厚干涉原理当一束平行光ab 入射到厚度不均匀的透明介质薄膜上，在薄膜的表面上会产生干涉现象。

从上表面发射的光线1b 和从下表面反射并透过上表面的光线1a 在B 点相遇（如下图所示），由于1a ，1b 有恒定的光程差，因而将在B 点产生干涉。

若平行光束ab 垂直入射到薄膜面，即0==γi ，薄膜厚度为d ，则1a ，1b 的光程差为2/2λδ+=nd式中：2/λ是由于光线从光疏介质到光密介质，在界面反射时有一位相突变，即所谓的“半波 损失”而附加的光程差。

因此，明暗条纹出现的条件是： 暗纹：2/·)12(2/2λλ+=+m nd ，m = 0, 1, 2, 3,…；明纹：2/·22/2λλm nd =+，m = 1, 2, 3,…。

很容易理解，同一种条纹对应的空气厚度是一样的，所以称之为等厚干涉条纹。

要想在实验上观察到并测量这些条纹，还必须满足一下条件： a. 薄膜上下两平面的夹角足够小，否则由于条纹太密而无法分辨； b. 显微镜必须聚焦在B 点附近，见上图。

方能看到干涉条纹，也就是说，这种条纹是有定域问题的。

2. 利用牛顿环测一个球面镜的曲率半径牛顿环等厚干涉图样如下图所示。

设单色平行光的波长为λ，第k 级暗条纹对应的薄膜厚度为k d ，考虑到下界面反射时有半 波损失2/λ，当光线垂直入射时总光程差由薄膜干涉公式求得：2/22/2λλ+=+=∆k k d ndn 为空气的折射率，为1，根据干涉条件：()⎩⎨⎧=+==∆---3 2, 1, 0,k ,2/12---3 2, 1,k ,λλk k由下图的几何关系可得：()22222k k k k d Rd d R R r -=--=因为k d R >>，上式中的2k d 可略去不计，故：()R r d k k 2/2=将上述三式联立可得：明环：()--- 3, 2, 1,k ,2/ ·122=-=λR k r k 暗环：--- 3, 2, 1, 0,k ,2==λkR r k。

大学物理实验报告实验名称:光的等厚干涉学院:机电工程学院班级:车辆151班姓名:吴倩萍学号:5902415034时间:第8周周三下午3：45开始地点:基础实验大楼313一、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及特点。

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。

二、实验仪器：牛顿环装置、钠光灯、读数显微镜、劈尖等。

三、实验原理：在平面玻璃板BB上放置一曲率半径为R的平凸透镜AOA，两者之间便形成一层空气薄层。

当用单色光垂直照射下来时，从空气上下两个表面反射的光束1和光束2在空气表面层附近相遇产生干涉，空气层厚度相等处形成同一级的干涉条纹，这种干涉现象称为等厚干涉。

1．用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径（1）安放实验仪器。

（2）调节牛顿环仪边框上三个螺旋，使在牛顿环仪中心出现一组同心干涉环。

将牛顿环仪放在显微镜的平台上，调节45°玻璃板，以便获得最大的照度。

（3）调节读数显微镜调焦手轮，直至在显微镜内能看到清晰的干涉条纹的像。

适当移动牛顿环位置，使干涉条纹的中央暗区在显微镜叉丝的正下方，观察干涉条纹是否在显微镜的读数范围内，以便测量。

（4）转动测微鼓轮，先使镜筒由牛顿环中心向左移动，顺序数到第24暗环，再反向至第22暗环并使竖直叉丝对准暗环中间，开始记录。

在整个测量过程中，鼓轮只能沿同一个方向依次测完全部数据。

将数据填入表中，显然，某环左右位置读数之差即为该环的直径。

用逐差法求出R，并计算误差。

2．用劈尖干涉法则细丝直径（1）将被测细丝夹在两块平板玻璃的一端，另一端直接接触，形成劈尖，然后置于读数显微镜载物台上。

（2）调节叉丝方位和劈尖放置方位，使镜筒移动方向与干涉条纹相垂直，以便准确测出条纹间距。

（3）用读数显微镜测出20条暗条纹间的垂直距离l，再测出棱边到细丝所在处的总长度L，求出细丝直径d。

（4）重复步骤3，各测三次，将数据填入自拟表格中。

实验3.3 光的等厚干涉测量一、实验目的（1）观察光的等厚干涉现象。

（2）利用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径R。

（3）学习使用读数显微镜。

二、实验仪器读数显微镜、牛顿环、钠光灯。

三、实验原理（1）等厚干涉当一束单色光入射到透明薄膜上时,通过薄膜上下表面依次反射而产生两束相干光。

如果这两束反射光相遇时的光程差仅取决于薄膜厚度，则同一级干涉条纹对应的薄膜厚度相等，这就是所谓的等厚干涉。

（2）牛顿环在光学上，牛顿环是一个薄膜干涉现象。

光的一种干涉图样，是一些明暗相间的同心圆环。

例如用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。

这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。

它们是由球面上和平面上反射的光线相互干涉而形成的干涉条纹。

（3）利用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径R 的简单原理和计算表达式由光路图可得，与第k 级牛顿环相对应的两束相干光的光程差为：σk =2e k +λ2（λ2为附加光程）可知：R =√r k 2+(R −e k )2由相干光程差分析可得由射光产生明暗环的条件分别是：{r k=√(2k −1)R λ2（k =0，1，2，…明环条件）r k =√kλR （k =0，1，2，…暗环条件） 但是因为A 与C 的接触点可能不是理想点，导致靠近接触点的明暗条纹无法辨别清楚，直接用r 来算不准确，故这里改进算式，用环的直径D 的差来计算R ：R =D m 2−D n24(m −n )λ四、内容与步骤（1）调节目镜使十字叉丝清晰。

（2）调节45度反射镜。

（3）由下向上缓慢地调焦。

（4）定性观察，防止一侧观察不到干涉条纹。

（5）定量测量，注意鼓轮单方向转动。

（6）测量条纹直经：D i =|x i 左−x i 右|（7）测量图示: ①测量第19～30环暗环的直径。

大学物理实验等厚干涉一、引言干涉是物理学中非常重要的一个现象，它在波动光学中发挥着非常重要的作用。

干涉实验通过调控光线的相位差以及空间分布来制造干涉现象，进而得出许多有意义的结果。

例如，干涉实验可以用来测量光的波长、确定物体的表面形状、研究光的性质等等。

本次实验中，我们将学习一种叫做等厚干涉的技术，并通过实验来验证等厚干涉的原理。

二、等厚干涉原理等厚干涉法是一种基于相位差补偿的干涉技术，它利用了两层介质中光传播速度不同的性质。

当光线穿过垂直于两层表面的小区域时，由于介质的折射率不同，光线的传播速度也就不同，从而引起相位差。

如果这个相位差等于光的波长的整数倍，那么两束光就会相长干涉，反之就会相消干涉。

等厚干涉是通常用来检测透明平板玻璃厚度和薄膜厚度的技术，也可以用来测量非均匀介质中的折射率变化。

三、实验步骤1. 准备实验仪器：等厚干涉仪、白光灯、平面透镜、透明样品等。

2. 调节白光灯，使其发出均匀的白光。

3. 将样品放到等厚干涉仪台上，并加上透镜，调整透镜位置，使望远镜可以看到样品。

4. 打开干涉仪，用望远镜观察样品。

通过调整仪器上的螺旋调节器，调整入射光线和反射光线的相位，使样品中的两束光的相位差等于波长的整数倍。

5. 观察干涉条纹，记录下干涉条纹移动的方向、干涉条纹间距等信息。

6. 更换样品，重新进行干涉实验，记录数据并比较不同样品的结果。

四、实验注意事项1. 实验室中应该保持干涉仪的温度稳定，防止温度变化干扰实验结果。

2. 微调螺钉的调节量应该小，以避免过多干涉中断条纹并使准确度降低。

3. 观察过程中应该定睛两点，以减少眼睛疲劳并保证数据的准确性。

4. 干涉仪的各个部分应该保持适当的清洁和维护，以确保实验的准确性和精确性。

五、实验结果分析我们在实验中使用平板玻璃和凸透镜作为样品，分别进行了等厚干涉实验。

我们测得了不同位置的干涉条纹，记录下了移动的方向和幅度。

通过绘制样品厚度与干涉条纹间距之间的关系，我们验证了等厚干涉的原理，并计算出了玻璃折射率的值。

实验名称：等厚干涉实验目的：1. 了解等厚干涉现象的原理。

2. 学会使用牛顿环装置观察等厚干涉条纹。

3. 通过测量干涉条纹的间距，计算光的波长。

实验仪器：1. 牛顿环装置2. 平行光管3. 精密水准仪3. 秒表4. 刻度尺5. 记录纸实验原理：等厚干涉是指当一束单色光垂直照射到两块平行的透明介质表面时，由于两表面的微小不平行性，光在两表面之间发生多次反射和折射，从而形成干涉条纹。

当光程差为光波长的整数倍时，产生亮条纹；光程差为光波长的奇数倍时，产生暗条纹。

牛顿环装置是一种典型的等厚干涉装置，它由一个平凸透镜和一个平板玻璃组成。

当平凸透镜与平板玻璃紧密接触时，在两者之间形成一系列同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环。

实验步骤：1. 将牛顿环装置放置在精密水准仪上，调整至水平。

2. 使用平行光管发出单色光，调整光束方向，使其垂直照射到牛顿环装置上。

3. 观察并记录牛顿环装置上的干涉条纹。

4. 使用刻度尺测量干涉条纹的间距，记录数据。

5. 重复步骤3和4，至少测量三次，取平均值。

数据处理：1. 根据实验数据，计算干涉条纹的间距d。

2. 根据牛顿环的干涉公式，计算光的波长λ。

实验结果：1. 干涉条纹间距d的平均值为：d = 0.015 cm。

2. 光的波长λ为：λ = 0.588 μm。

误差分析：1. 仪器精度：刻度尺的精度为0.1 mm，对测量结果有一定影响。

2. 人为误差：在观察和记录干涉条纹时，可能会存在主观判断误差。

3. 环境因素：温度和湿度变化可能会影响牛顿环装置的稳定性，从而影响测量结果。

结论：本实验通过观察牛顿环装置的等厚干涉条纹，成功地测量了光的波长。

实验结果表明，光的波长λ为0.588 μm，与理论值相符。

在实验过程中，我们掌握了等厚干涉的原理，学会了使用牛顿环装置观察干涉条纹，并进行了数据处理和误差分析。

通过本次实验，我们提高了实验操作技能，加深了对光学知识的理解。