大学物理实验讲义实验牛顿环.docx

大学物理实验报告牛顿环法测量透镜曲率半径实验目的：通过使用牛顿环法测量透镜的曲率半径，了解透镜的特性和性能。

实验原理：牛顿环法是一种测量透镜曲率半径的方法，其基本原理是利用透镜产生的干涉图案来测量透镜的曲率半径。

当透镜与光源之间存在一个薄透明介质时，透镜和介质之间会形成一系列干涉环，这些干涉环被称为牛顿环。

根据牛顿环的半径和透镜与介质之间的距离，可以计算出透镜的曲率半径。

实验步骤：1. 准备实验所需材料和仪器，包括透镜、白光光源、薄透明介质、光屏等。

2. 将透镜放在光源上方，调整光源和透镜之间的距离，使得透镜和光源之间存在薄透明介质。

3. 将光屏放在透镜下方，调整光屏的位置，使得牛顿环清晰可见。

4. 使用尺子测量透镜和光屏之间的距离，并记录下来。

5. 通过放大镜或显微镜观察牛顿环，并记录下最明亮的几个环的半径。

6. 根据实验原理中的公式，计算出透镜的曲率半径。

实验注意事项：1. 实验过程中要注意光源和透镜的安全使用，避免直接照射眼睛。

2. 调整光源和透镜的位置时要小心操作，避免碰撞和损坏实验器材。

3. 观察牛顿环时要保持光线充足，以确保清晰可见。

4. 记录实验数据时要准确无误，避免误差的产生。

实验结果：根据实验步骤中记录下来的数据，可以计算出透镜的曲率半径。

根据牛顿环的半径和透镜与介质之间的距离，使用适当的公式进行计算，最终得出透镜的曲率半径。

实验总结：通过本次实验，我们利用牛顿环法测量了透镜的曲率半径。

实验结果可以用来评估透镜的性能和特性。

同时，通过实验过程中的操作和观察，我们进一步了解了光学现象和光的干涉原理。

这对于我们深入理解光学知识和应用光学技术具有重要的意义。

大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。

当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。

反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。

当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。

这些反射和透射光会相互干涉，形成明暗相间的条纹，这就是牛顿环。

三、实验步骤1、调整分光仪，使一束光通过玻璃棱镜，分成两束相干光，并在空间叠加。

2、调整分光仪的望远镜，观察到清晰的牛顿环。

3、使用读数显微镜测量牛顿环的直径，并记录下来。

4、改变分光仪的棱镜角度，观察干涉条纹的变化，并记录下来。

5、分析实验数据，得出结论。

四、实验结果与分析1、实验结果在实验中，我们观察到了清晰的牛顿环干涉现象，并且使用读数显微镜测量了牛顿环的直径。

随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹也会发生变化。

2、结果分析通过实验数据，我们可以得出以下（1）牛顿环是由两束相干光在空间叠加而形成的干涉现象。

（2）干涉条纹的明暗交替是由于两束光的相位差引起的。

（3）通过测量牛顿环的直径，我们可以计算出光波的波长。

（4）随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹会发生变化，这是因为光的波长和入射角发生了变化。

五、结论通过本次实验，我们深入了解了干涉现象与光波的波动性质，学习了使用分光仪、读数显微镜的方法。

这对于我们今后在光学领域的研究具有重要意义。

大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。

当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。

反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。

当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。

⼤学物理实验⽜顿环⽜顿环和劈尖⼲涉实验【实验⽬的】1、观察光的等厚⼲涉现象，熟悉光的等厚⼲涉的特点；2、⽤⽜顿环⼲涉测定平凸透镜的曲率半径；3、⽤劈尖⼲涉法测定细丝直径或微⼩薄⽚厚度。

【实验仪器及装置】⽜顿环仪、读数显微镜、钠光灯、劈尖、数显游标卡尺。

【实验原理】⼀、⽜顿环⼲涉⽜顿环装置是由⼀块曲率半径较⼤的平凸玻璃透镜，以其凸⾯放在⼀块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图1所⽰。

平凸透镜的凸⾯与玻璃平板之间的空⽓层厚度从中⼼到边缘逐渐增加，若以平⾏单⾊光垂直照射到⽜顿环上，则经空⽓层上、下表⾯反射的⼆光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸⾯相遇后，将发⽣⼲涉。

从透镜上看到的⼲涉花样是以玻璃接触点为中⼼的⼀系列明暗相间的圆环（如图2所⽰），称为⽜顿环。

由于同⼀⼲涉环上各处的空⽓层厚度是相同的，因此它属于等厚⼲涉。

图1 实验装置简化图图2 ⼲涉光路及⽜顿环图由图2 (a)可见，如设透镜的曲率半径为R ，与接触点Ｏ相距为r 处空⽓层的厚度为d ，其⼏何关系式为：()2222222r d Rd R r d R R ++-=+-=由于R>>d ，可以略去d 2得22r d R= (1)光线应是垂直⼊射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从⽽带来/2λ的附加程差，所以光程差δ为：22λδ+=d (2)产⽣暗环的条件是：(21)2k λδ=+ (3)其中k ＝0，1，2，3，...为⼲涉暗条纹的级数。

综合(1)、(2)和(3)式可得第ｋ级暗环的半径为：2r kR λ= (4)由(4)式可知，如果单⾊光源的波长λ已知，测出第m 级的暗环半径m r ，即可得出平凸透镜的曲率半径R ；反之，如果R 已知，测出m r 后，就可计算出⼊射单⾊光波的波长λ。

(a)（b ）但是⽤此测量关系式往往误差很⼤，原因在于凸⾯和平⾯不可能是理想的点接触；接触压⼒会引起局部形变，使接触处成为⼀个圆形平⾯，⼲涉环中⼼为⼀暗斑。

牛顿环实验报告一. 实验目的1.观察等厚干涉现象，并利用等厚干涉测量凸透镜表面的曲率半径2.了解读书显微镜的使用方法二. 实验原理当曲率半径为R的平凸透镜放置在一平板玻璃上时，在透镜和平板玻璃之间形成一个厚度变化的空气间隙。

当光线垂直照射到其上，从空气间隙的上下表面反射的两束光线1.2将在空气间隙的上边面附近实现干涉叠加，两束光之间的光程差随空气间隙的厚度变化而变化，空气间隙厚度相同处的两束光具有相同的光程差A,所以干涉条纹是以接触点为圆心的一组明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。

R为待测透镜凹面的曲率半径，r是第k级干涉环的半径，d是kk第k级干涉环所对应的空气间隙的厚度。

如果入射光的波长为，则第k 级干涉环所对应的光程差为A=2dk+/2(1)——k—其中，/2为光由光疏介质入射到光密介质时，反射光的半波损失。

因此，在接触点出(d0=0)的光程差为A=X/2(2)在k级干涉暗环处的光程差为A=2d+X/2=(k+1/2)k(3)——kk所对应的空气间隙的厚度为d=k X/2(4)―k=第k级干涉暗环的半径为r二価R⑸k'在实验中用给定波长的光进行照明时，只要测得第k级次干涉暗环的半径r,就可以测得曲率半径R。

k但在实际测量中，由于无法准确确定干涉环圆心所在位置，这样就不可能准确的测量干涉环的半径。

因此，直接利用式(5)作为测量公式将对测量结果带来很大的误差。

事实上，在测量过程中可以准确地获得各个级次干涉环的弦长。

假设这个弦到圆心的距离是s,可得以下几何关系L2=4(r2-s2)(6)—k kL2=4k X R-4s2(7)—k利用式（7）作为测量公式时，所遇到的问题是如何确定s或排除它对测量结果的影响。

有如下两种解决方法:（1）在式（7）中弦长的平方与干涉环的级次间是一个线性关系，在测量中，可以测量一组不同级次干涉环在某一直线上的弦长，利用最小二乘法或作图法求得该直线的斜率，再利用已知的波长得到凸透镜的曲率半径。

大学物理仿真实验实验报告电子13 梁辰余2110501077牛顿环法测曲率半径一、实验目的1.学习用牛顿环测定透镜曲率半径的方法；2.正确使用读数显微镜，学习用逐差法处理数据。

二、实验原理如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB，C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。

分别从膜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膜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△′等于膜厚度e的两倍，即△′ =2e此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差π，与之对应的光程差为λ/2 ，所以相干的两条光线还具有λ /2的附加光程差，总的光程差为（1）当△满足条件，（k=1,2,3…）（2）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹，而当, （k = 0,1,2…）（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，e k 2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。

同理，如果rk是第k级明纹，则由式（1）和（2）得（9）代入式（5），可以算出（10）由式（8）和（10）可见，只要测出暗纹半径（或明纹半径），数出对应的级数k，即可算出R。

用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径一、实验目的1.观察等厚干涉现象，了解等厚干涉原理及特点。

2.掌握用牛顿环等厚干涉测量透镜曲率半径的方法。

3.熟悉读数显微镜的使用。

二、实验仪器牛顿环装置，读数显微镜，45。

放置的玻璃片，钠光灯。

三、实验原理当光照射到一块透明介质薄膜表面上时，入射光被分成折射光和反射光两部分。

折射光在薄膜下表面被反射后，再经过上表面透射回來并与原反射光交迭。

这两朿反射光出自同一束入射光，满足干涉条件。

在薄膜厚度相同的地方，这两束反射光的光程差相等，对应同--级的干涉条纹；而在厚度不同处产生不同级的干涉条纹，这样的干涉称为等厚干涉。

用牛顿环装置所观察到的圆环状干涉条纹，就是典型的等厚干涉条纹。

在实际应用屮，通常用它来测暈透镜的曲率半径或用来检查光学零件表面的质量等。

如图1所示，将一块曲率半径相当大的平凸透镜凸面叠放在一平板玻璃上，则在透镜和平板玻璃之间形成一个空气薄层，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。

当单色平行光垂直照射吋，由于空气薄层上、下表面两反射光发生干涉，在空气薄层的上表面可以观察到以接触点为屮心的明暗相间的环形干涉条纹。

这种干涉条纹是丫顿首先观察到并加以描述的，故称牛顿环。

设所用的光是波长为2的单色平行光，R为球面透镜的曲率半图1牛顿环截回图径。

由光路分析可知，与第k级条纹对应的两束相干光的光程差》为:(1)其屮空气折射率心近似为1,勺表示空气薄膜厚度，一项是由于光从光疏介质到光密介质的界面上2反射时，发生半波损失引起的光程差。

由图1可知,R2 = r^+(R-e k)2(2)化简后得到圧=2坯R-d；⑶如果空气薄膜厚度远小于透镜曲率半径，即« R ，则可略去二级小量于是有将此式代入公式(1),可得乂叱A5 =丄 + —R 22由干涉条件可知，当6 = (2£ + 1) —时，干涉条纹为暗条纹，2□二J kR入(k=0, 1, 2, )当8 = kA时，干涉条纹为亮条纹，K=J(2£-1)R£(k=0, 1, 2, .............. )由此可见，q与£和/?的平方根成正比，因而圆环愈来愈密，愈来愈细。

大学物理实验教案实验项目用牛顿环测曲率半径教学目的1. 观察等厚干涉现象，了解等厚干涉原理。

2. 掌握测定凸透镜曲率半径的方法。

3. 熟悉读数显微镜的用法。

实验原理光在透明薄膜上下表面反射而产生的干涉现象称为薄膜干涉。

当光的入射角一定时，干涉条纹沿着等厚处分布，并呈现在薄膜的上表面。

这种干涉称为等厚干涉。

把一个曲率半径很大的平凸透镜A的凸面放在一平板玻璃B上，就组成了产生牛顿环的器件。

由于A、B两者之间有着一层厚度不等的空气薄膜，当平行单色光近乎垂直入射时，则空气薄膜下缘面的反射光1′与空气薄膜上缘的反射光2′在P点产生干涉，如图下所示。

设P点处空气膜的厚度为d，则反射光1′比2′多走的路程近似等于2d（因为平凸透镜A的曲率半径R很大），又因为从光疏介质（空气）射到光密介质（玻璃）的反射光1′与反射光2′相比，还有一个“半波损失”，于是二相干光1′和2′的光程差为：122dλ∆=+根据干涉条件可得：2(1,2,3,)22(21)(0,1,2,)2kkd k kd k kλλλλ⎧∆=+==⎪⎪⎨⎪∆=+=+=⎪⎩……形成明纹……形成暗纹其中k为干涉条纹的级次。

由于空气膜厚度对称于二玻璃的接触点而向外逐渐增加，相同厚度处干涉状态相同，所以干涉条纹是一组以接触点为中心的明暗相间的同心圆环，俗称牛顿环。

R为透镜的曲率半径，kr为牛顿环的半径Rrdkk2/2=上式说明，kd与kr的平方成正比，所以离中心越远，光程差增加越快，所看，估算时589.3nmR由于读数显微镜读数机构是螺纹啮合结构，为了消除“回程差”，测量时，测微螺旋只能朝一个方向转动，中途不可反转读数。

牛顿环左右环圈数要数清楚，对称的环圈数不可数错。

测量过程不可触动牛顿环装置。

牛顿环装置上的螺丝不可旋太紧，以免压破牛顿环。

大学物理实验报告牛顿环大学物理实验报告：牛顿环引言：牛顿环是一种经典的物理实验，通过观察光在透明介质中的干涉现象，可以研究光的波动性质和介质的光学特性。

本实验旨在通过测量牛顿环的直径，探究光的干涉现象，并分析其原理和应用。

实验装置：本实验所需的装置包括：一台光源、一块平面玻璃板、一块凸透镜和一块平凸透镜。

将光源放置在透镜的一侧，平面玻璃板放置在光源与透镜之间，然后在平面玻璃板上放置一块平凸透镜，使其与平面玻璃板形成一定的夹角。

实验过程：1. 调整光源位置：将光源放置在透镜的一侧，确保光线能够通过透镜并照射到平面玻璃板上。

2. 观察牛顿环：通过调整平凸透镜的位置，观察在平面玻璃板上形成的牛顿环。

注意观察牛顿环的直径和颜色变化。

3. 测量牛顿环直径：使用显微镜或其他测量仪器，测量牛顿环的直径。

重复多次测量，取平均值。

实验结果：通过实验观察和测量，我们得到了一系列牛顿环的直径数据。

根据这些数据，我们可以绘制出牛顿环直径与透镜与平面玻璃板的夹角之间的关系曲线。

实验结果显示，牛顿环的直径随着夹角的增大而减小，呈现出一种特殊的变化规律。

实验分析：牛顿环的形成是由于光线在透明介质中的反射和折射现象引起的。

当平面玻璃板与凸透镜接触时，光线在两者之间发生反射和折射，形成了干涉现象。

由于光波的波长非常短，当光线从透镜表面反射或折射时，会产生相位差。

这种相位差导致了干涉现象的发生，形成了牛顿环。

牛顿环的直径与透镜与平面玻璃板的夹角之间存在一定的关系。

根据理论分析，当夹角增大时，牛顿环的直径会减小。

这是因为夹角的增大会导致反射和折射的相位差增加，从而引起干涉现象的变化。

通过实验测量，我们验证了这一理论，并得到了实验结果与理论相符的结论。

实验应用：牛顿环实验在光学领域有着广泛的应用。

首先，牛顿环可以用来测量透明介质的折射率。

通过测量牛顿环的直径和透镜与平面玻璃板的夹角，可以计算出介质的折射率。

其次，牛顿环还可以用来研究光的干涉现象和波动性质。

竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告牛顿环篇一：大学物理仿真实验报告牛顿环大学物理仿真实验报告实验名称：牛顿环法测曲率半径实验日期：专业班级：姓名：学号：教师签字：________________一、实验目的1.学会用牛顿环测定透镜曲率半径。

2.正确使用读书显微镜，学习用逐差法处理数据。

二、实验仪器牛顿环仪，读数显微镜，钠光灯，入射光调节架。

三、实验原理如图所示，在平板玻璃面DcF上放一个曲率半径很大的平凸透镜Acb，c点为接触点，这样在Acb和DcF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。

分别从膜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膜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，二者的光程差等于膜厚度e的两倍，即此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差?，与之对应的光程差为?/2，所以相干的两条光线还具有?/2的附加光程差，总的光程差为当?满足条件（1）（2）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹，而当（k=0,1,2…）（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，对应的膜厚度为，则（4）在实验中，R的大小为几米到十几米，而的数量级为毫米，所以R>>ek，ek相对于22Rek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。