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一、实验目的1. 理解光学基本原理，包括光的反射、折射、干涉、衍射等。
2. 掌握光学仪器的基本操作，如平行光管、透镜、光栅等。
3. 通过实验验证光学定律，加深对光学理论的理解。
4. 培养实验操作技能和数据处理能力。
二、实验仪器与设备1. 平行光管2. 透镜3. 光栅4. 光具座5. 读数显微镜6. 分光计7. 激光器8. 光屏9. 计算机及数据采集软件三、实验内容及步骤1. 材料的光反射比、透射比测量（1）将待测材料放置在平行光管与光屏之间。
（2）调节平行光管，使光线垂直照射到待测材料表面。
（3）观察并记录反射光和透射光的强度。
（4）根据反射光和透射光的强度，计算材料的反射比和透射比。
2. 采光系数测量（1）在室内选择一个合适的位置，安装采光系数测量仪。
（2）打开光源，调整光强，使室内光照达到正常水平。
（3）观察并记录采光系数测量仪的读数。
（4）根据测量结果，计算室内采光系数。
3. 室内照明实测（1）在室内选择多个测量点，安装照明实测仪。
（2）打开光源，调整光强，使室内光照达到正常水平。
（3）观察并记录照明实测仪的读数。
（4）根据测量结果，分析室内照明情况，提出改进建议。
4. 用平行光管测量透镜焦距（1）将平行光管、透镜和光屏依次放置在光具座上。
（2）调整平行光管和透镜，使光线经过透镜后变为平行光。
（3）观察并记录光屏上成像的位置。
（4）根据成像位置，计算透镜的焦距。
5. 傅立叶光学实验（1）将实验装置组装好，包括傅里叶透镜、光栅、光源等。
（2）调节光栅，使光束通过傅里叶透镜。
（3）观察并记录光屏上的图像。
（4）分析图像，验证傅立叶光学原理。
6. 光的干涉与衍射现象的研究（1）将实验装置组装好，包括单缝、双缝、光栅等。
（2）调节光源和光栅，观察并记录干涉和衍射现象。
（3）分析干涉和衍射现象，验证光学定律。
四、实验结果与分析1. 根据实验数据，计算出材料的反射比和透射比。
2. 根据采光系数测量结果，分析室内采光情况。
大学物理光学实验报告（二）引言概述：本文是关于大学物理光学实验报告（二）的文档。
光学实验是大学物理课程中非常重要的一部分，通过实验可以帮助学生巩固理论知识，并深入了解光学原理和现象。
本次实验主要包括室内实验和室外实验两个部分，分别探究了光的干涉、衍射以及偏振现象。
本文将从以下五个大点进行阐述。
一、双缝干涉实验在本部分中，我们首先会介绍双缝干涉实验的原理和装置。
随后，我们会详细描述实验的步骤和操作，包括测量光源到狭缝及狭缝到屏幕的距离、测量干涉条纹的间距以及改变光波长和狭缝间距对干涉条纹的影响等。
最后，我们会分析实验结果并得出结论。
二、杨氏双缝干涉实验在本部分中，我们将介绍杨氏双缝干涉实验的原理和装置。
然后，我们会描述实验过程，包括测量干涉条纹的间距、改变狭缝间距对干涉条纹的影响以及在不同光波长下观察干涉现象。
最后，我们会对实验结果进行分析和总结。
三、单缝衍射实验本部分将介绍单缝衍射实验的原理和装置。
我们会详细描述实验过程，包括测量衍射角度和衍射条纹的宽度、改变狭缝宽度对衍射现象的影响以及观察在不同波长下的衍射现象。
最后，我们会根据实验结果进行分析，并给出结论。
四、偏振实验在本部分中，我们将介绍偏振实验的原理和装置。
我们会描述实验的步骤和操作，包括观察线偏振光的特性、调节偏振片的角度以及观察偏振片对光波的影响等。
我们还会进行实验结果的分析，并得出结论。
五、室外实验在本部分中，我们将介绍室外实验的内容。
我们会详细描述实验的步骤和操作，包括观察大气衍射现象、测量太阳高度角以及利用反射现象观测物体的实际高度等。
最后，我们会对实验结果进行分析，并给出相应结论。
总结：通过本次大学物理光学实验，我们深入了解了光的干涉、衍射以及偏振现象。
我们通过双缝干涉实验、杨氏双缝干涉实验、单缝衍射实验和偏振实验探究了这些现象的原理和特性，并通过室外实验观察了大气衍射现象和反射现象等。
通过实验的操作和数据分析，我们对光学原理有了更深刻的理解，并得出了相关结论。
0I ϕI ϕI )2(ΛΛΛλϕπβaSin =大学物理光学实验（部分）单缝衍射一、 实验目的1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点；2.测量单缝衍射的相对光强分布。
二、 实验仪器激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。
亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n 级亮条纹。
暗条纹依次是1级、2级…..n 级。
设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角 ϕ 为的一处光强为 220sin ββII = （1）1.当)0(0==ϕβ时，0I I =ϕ；称为主极大或零级亮条纹。
2.当)2,1(⋅⋅⋅⋅±±==m m πβ，即am Sin λϕ=时，0=ϕI ，出现暗条纹。
暗条纹在a m λϕ=的方向上。
主极大两侧暗条纹之间的夹角aλϕ2=∆，其余暗条纹间的间距为aλϕ=∆。
3.其他亮条纹的位置：()322/2ββββββββSin Cos Sin Sin d d -=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛ 极大值。
取时，即 ,0I tg Sin Cos βββββ==-Θ 可得：⋅⋅⋅±±±=πππβ47.346.243.1，，即：)3(47.3,46.2,43.1ΛΛaa a λλλϕ±±±=亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………4.总结：ϕSin-2a λ -1.43a λ -a λ 0aλ1.43aλ2aλ ϕI0 -0.047 00I0 0.047 0四、 实验内容和步骤1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。
即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。
2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.3.观察单缝衍射现象 （1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。
一、实验目的1. 理解光学实验的基本原理和方法；2. 掌握光学仪器的使用和调整技巧；3. 通过实验，加深对光学现象和理论的理解；4. 培养实验操作技能和科学思维能力。
二、实验仪器与材料1. 光学仪器：平行光管、透镜、滤光片、积分球、光谱仪、光纤光谱仪等；2. 光源：白光光源、激光光源等；3. 实验材料：滤光片、薄膜、光纤等；4. 其他：读数显微镜、光具座、数据记录表等。
三、实验内容及步骤1. 光的反射与折射实验（1）实验目的：观察光的反射和折射现象，验证反射定律和折射定律。
（2）实验步骤：① 调整平行光管，使其发出平行光；② 将平行光照射到平面镜上，观察反射光；③ 改变入射角，观察反射光的变化，验证反射定律；④ 将平行光照射到透镜上，观察折射光；⑤ 改变入射角，观察折射光的变化，验证折射定律。
2. 光谱分析实验（1）实验目的：了解光谱仪的原理和使用方法，测量不同种类滤光片的透过率。
（2）实验步骤：① 调整光谱仪，使其正常工作；② 将待测滤光片放入光谱仪中，观察其光谱分布；③ 记录光谱数据，计算透过率。
3. 薄膜干涉实验（1）实验目的：了解薄膜的性质与应用，观察薄膜干涉现象。
（2）实验步骤：① 调整薄膜干涉仪，使其正常工作；② 观察薄膜干涉条纹，记录条纹间距；③ 分析条纹间距与薄膜厚度、折射率的关系。
4. 光纤光谱仪实验（1）实验目的：了解光纤光谱仪的原理与使用方法。
（2）实验步骤：① 调整光纤光谱仪，使其正常工作；② 将待测光源连接到光纤光谱仪中，观察其光谱分布；③ 记录光谱数据，分析光谱特征。
四、实验结果与分析1. 光的反射与折射实验实验结果显示，当入射角逐渐增大时，反射光和折射光的角度也随之增大，符合反射定律和折射定律。
2. 光谱分析实验实验结果显示，不同种类滤光片的透过率不同，与滤光片材料有关。
3. 薄膜干涉实验实验结果显示，薄膜干涉条纹间距与薄膜厚度、折射率有关，符合薄膜干涉原理。
4. 光纤光谱仪实验实验结果显示，光纤光谱仪能够有效地测量光源的光谱分布，为光纤通信、光纤传感等领域提供技术支持。
大学物理光学实验教学总结引言：光学实验是大学物理的重要组成部分，通过实验可以帮助学生加深对光学理论的理解，提高实验操作和数据处理能力。
本文将从实验目的、实验内容、实验装置和实验结果等方面对大学物理光学实验进行总结和分析。
一、实验目的光学实验的目的是通过实验探究光的特性及其相关现象，验证光学定律和理论模型。
常见的光学实验目的包括测量光的干涉、衍射、偏振等现象，研究光的横向和纵向特性，理解光的传播规律和光的波粒二象性等。
二、实验内容在大学物理光学实验中，常见的实验内容包括以下几个方面：1. 光的干涉实验：通过干涉实验，可以研究光的干涉现象和干涉条纹的形成原理，例如杨氏双缝干涉实验和牛顿环干涉实验等。
2. 光的衍射实验：衍射实验可以研究光的衍射现象和衍射的特性，例如杨氏单缝衍射实验和费涅耳衍射实验等。
3. 光的偏振实验：通过偏振实验，可以理解光的偏振现象和偏振的特性，例如偏振片的使用和马吕斯定律的验证等。
4. 光的光栅实验：光栅实验可以研究光的光栅衍射现象和光的光栅分光仪的原理及应用等。
5. 光的干涉与衍射的应用实验：通过应用实验，可以通过光的干涉和衍射来研究相关的应用现象，例如菲涅耳透镜和拉曼光谱仪等。
三、实验装置大学物理光学实验中常见的实验装置包括光源、光学元件和光学仪器等。
1. 光源：常见的光源包括白光灯、激光器、光电二极管等。
根据实验需要和研究对象的特性，可以选择合适的光源。
2. 光学元件：光学元件包括透镜、棱镜、吸收片、偏振片等。
透镜用于调节光线的传播方向和聚焦程度，棱镜可以使光线发生折射和反射，吸收片用于吸收或衰减光的强度，偏振片用于调整光线的偏振状态。
3. 光学仪器：光学仪器包括干涉仪、衍射仪、光栅仪、透镜仪等。
这些仪器可以用于测量光的干涉条纹、衍射图样、光的光栅衍射等实验结果。
四、实验结果在大学物理光学实验中，通过实验装置和仪器的使用，可以得到一系列实验结果，包括干涉条纹图样、衍射图样、光的偏振状态等。
大学光学物理演示实验报告大学光学物理演示实验报告引言：光学物理是一门研究光的性质和行为的学科，通过实验演示可以更加直观地了解光的特性。
本报告将介绍我参与的大学光学物理演示实验，通过实验的设计和结果分析，探讨光学物理的基本原理和应用。
实验一：光的折射现象实验目的：通过实验观察和测量光的折射现象，探究光在不同介质中传播的规律。
实验原理：光在不同介质中传播时会发生折射现象，其折射角与入射角之间有一定的关系，即折射定律。
折射定律可以用数学公式n1sinθ1=n2sinθ2表示，其中n1和n2分别为两个介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
实验步骤：1. 准备一个光源、一个半透明介质（如玻璃板）和一个光屏。
2. 将光源放置在一侧，使光线通过半透明介质射向光屏。
3. 在光屏上观察到的光线方向，并测量入射角和折射角。
4. 重复实验多次，记录数据并计算折射率。
实验结果：通过实验测量得到的数据，可以计算出不同介质的折射率。
例如，当光线从空气射向玻璃时，折射率为1.5左右。
实验分析：通过实验观察和测量，我们可以发现光在不同介质中传播时，会发生折射现象。
而折射现象的发生是由光在不同介质中传播速度的改变导致的。
根据折射定律，我们可以计算出不同介质的折射率，从而进一步了解光在不同介质中的传播规律。
实验二：光的干涉现象实验目的：通过实验观察和测量光的干涉现象，探究光的波动性和干涉规律。
实验原理：光的干涉是指两束或多束光波相遇时产生的干涉现象。
干涉可以分为构造干涉和破坏干涉两种情况。
构造干涉是指光波叠加相长，形成明暗条纹；破坏干涉是指光波叠加相消，形成暗纹。
实验步骤：1. 准备一个光源、一个狭缝装置和一个干涉屏。
2. 将光源放置在一侧，使光线通过狭缝装置射向干涉屏。
3. 在干涉屏上观察到的干涉条纹，并测量条纹间距。
4. 通过调整狭缝宽度或改变光源颜色，观察干涉条纹的变化。
实验结果：通过实验观察到的干涉条纹，可以测量出条纹间距。
大学物理光学实验基本常识和知识一.基本常识1.所有光学镜片(透镜、平面镜、棱镜、光栅、波片、偏振片、分光镜等等)通光面不能用手触摸，需要清洁时必须用专用镜头纸。
2.用于固定镜片的支架上的固定螺钉和调节螺钉要轻扭。
3.白炽灯就是复色光源（白光－由红、澄、徐、蓝、青、蓝、紫色光混合而变成）；汞灯就是由部分线状五音的光混合成的复色光源；钠灯就是科东俄单色光源（存有两条非常相似的波长），可以用作干预实验的光源，只是反射率较差不方便观测；激光就是单色光源（一种波长），就是用作干预实验的光源。
4.用于实验的光学仪器，在做实验前应首先了解各部分的调节功能、作用和调节范围，以及标尺的读数方法。
二.基本知识1.光学实验仪器（例如：分光计、迈克尔逊干涉仪、读数显微镜、棱镜摄谱仪），可以用以搞多种测试实验。
分光计可以用作三棱镜的顶角角度测量，某一波长的色散及色散曲线（n-λ曲线）测量，光栅绕射及光谱观测，某透明体的折射率测量。
实验用光源存有汞灯、钠灯或激光器。
迈克尔逊干涉仪可以用作未明激光波长的实验测量，微加速度的测量，当用平行光入射光时，还可以展开面形、面应力、气体折射率或温度场的实验观测。
读数显微镜以钠灯为光源可以展开微小尺寸、球面半径的测量，还可以展开液态热胀系数、液体折射率等的测量。
棱镜摄谱仪可以以拍摄各种光源（复色光）的光谱，还可以测量某一线状光的波长。
2.在光具座上可以展开的光学实验存有：厚透镜的焦距测量，典型光学系统（显微镜、望远镜）的设计，偏振现象的观测，双棱镜的干预、激光或钠光灯的波长测量等。
3.在光学平台上可以进行各种各样的光学实验，除上述的各种光学实验外，还可以进行许多设计性和研究性的实验、全息干涉测量或全息照相实验。
4.全息照相分成两个步骤：全息记录和重现。
从物理角度说道，全息记录就是两束光（物光和参照光）的干预图样的摄制和冲洗；全息重现就是通过干预图片产生的绕射图像。
5.所有干涉类的实验，防震是最重要的要求，其次，根据光的时间相干性，进行干涉的两束激光（或钠光）只能从一个光源分出（分振幅或分波面），且两束光的光程差不能太大。
研究大学物理中的光学实验方法在研究大学物理中，光学实验方法是非常重要的一部分。
通过实验，我们可以验证光学理论，探索光学现象，并获得实际的物理数据。
本文将介绍几种常见的光学实验方法，并详细阐述它们的原理和应用。
一、光的直线传播实验方法光的直线传播实验是光学实验中最基础的方法之一，通过这个实验可以验证光的直线传播规律并测量光速。
实验装置包括光源、准直器、狭缝、凸透镜、暗室和光电探测器等。
实验过程中，将光线沿一条直线传播，并利用光电探测器测量光的到达时间，从而计算光速。
二、干涉实验方法干涉实验是研究光的干涉现象和波动性的重要方法。
常见的干涉实验有杨氏双缝干涉实验和牛顿环干涉实验。
杨氏双缝干涉实验利用两个狭缝产生的光的干涉现象来研究光的波动性质，可以观察到明暗交替的干涉条纹。
牛顿环干涉实验是通过凸透镜与平面玻璃板组成的实验装置，在观察牛顿环的分布情况可以得到透镜的曲率半径等参数。
三、衍射实验方法衍射实验是研究光的衍射现象和波动性的重要实验方法。
杨氏单缝衍射实验是观察光的衍射现象的常见方法，通过单个狭缝产生的衍射光可以在屏幕上得到一系列明暗相间的暗纹和亮纹，从中可以得到光的波长等信息。
同时，还有菲涅尔衍射和菲涅尔透镜实验等，可以用于研究不同的衍射现象和衍射物体的特性。
四、偏振实验方法偏振实验是研究光的偏振现象和光学器件的重要方法。
通过偏振片和偏振器的组合，可以观察和分析偏振光的性质。
马吕斯定律实验是常见的偏振实验方法之一，通过将偏振片与旋转起偏器组合，可以观察到光的偏振方向随角度改变的规律。
五、光谱实验方法光谱实验是研究光的频谱特性和物质光学性质的重要方法。
常见的光谱实验方法有光栅光谱仪和普通分光仪。
光栅光谱仪利用光栅的频谱分解能力，可以将复杂的光信号进行解析，并获得每个波长的强度信息。
普通分光仪则是通过棱镜的色散特性，将光分成不同波长的光谱，可以用于研究物体的光学特性。
总结：光学实验方法是研究大学物理中不可或缺的一部分，通过光的直线传播、干涉、衍射、偏振和光谱实验等方法，可以研究光的性质和物质的光学特性。
大学物理光学实验报告（一）引言概述:本实验报告旨在介绍和分析大学物理光学实验的结果和观察。
通过对不同光学现象和装置的研究，我们能够更好地理解光的性质和光学实验的原理。
正文内容:I. 單色光干涉實驗A. Young's Double-Slit干涉實驗1. 描述Young's Double-Slit干涉實驗裝置2. 觀察到的干涉條紋現象3. 分析干涉條紋之間的距離與波長的關係4. 探討干涉條紋的明暗交替原因B. Lloyd's Mirror干涉實驗1. 解釋Lloyd's Mirror干涉實驗的原理2. 觀察到的干涉圖案3. 討論干涉圖案的變化與鏡面角度的關係4. 探討Lloyd's Mirror干涉實驗的應用II. 衍射實驗A. 單狹縫衍射實驗1. 描述單狹縫衍射實驗的裝置2. 觀察到的衍射條紋現象3. 分析衍射條紋的寬度與狹縫寬度的關係4. 探討單狹縫衍射實驗的應用B. 焦鏡和接區衍射實驗1. 介紹焦鏡和接區衍射實驗的原理2. 觀察到的衍射圖案3. 討論不同焦距的透鏡的影響4. 探討焦鏡和接區衍射實驗的應用III. 偏振實驗A. 偏振光通過偏振片的實驗1. 描述偏振光通過偏振片的裝置2. 觀察不同角度的偏振片的現象3. 分析不同偏振片的透光情況4. 探討偏振片在光學設備中的應用B. 雙折射實驗1. 解釋雙折射現象的原理2. 觀察不同材料的雙折射現象3. 討論雙折射在電子顯示器等設備中的應用4. 探討雙折射的應用在光學儀器中的重要性IV. 電磁波的反射和折射實驗A. 描述反射實驗裝置B. 觀察到的反射現象C. 分析反射角和入射角的關係D. 描述折射實驗裝置E. 觀察到的折射現象F. 分析入射角、入射光速度和折射光速度的關係V. 光的干涉技術在科學和工程中的應用A. 干涉技術在干涉式顯微鏡中的應用B. 干涉技術在光柵中的應用C. 干涉技術在光纖傳輸中的應用D. 干涉技術在光學儀器校準中的應用E. 干涉技術在光學表面檢測中的應用結論:通过本次实验的各个部分，我们对光学实验的原理和现象有了更深入的理解。
实验一 薄透镜焦距的测定实验目的１．学会调节光学系统使之共轴。
２．掌握测量薄会聚透镜和发散透镜焦距的方法。
３．验证透镜成像公式，并从感性上了解透镜成像公式的近似性。
实验仪器1－CXJ 型光具座，底座及支架，薄凸透镜，薄凹透镜，平面镜，物屏（可调狭逢组、有透光箭头的铁皮屏或一字针组），像屏（白色，有散射光的作用）。
重点难点：1、按实验操作规程规范操作。
2、动手操作能力培养。
德育渗透：1、培养学生爱护仪器，保护国家财产的意识。
2、培养学生互相帮助，团结协作的精神 教学方法1、讲授法。
2、演示法。
3、学生分组实验法 布置作业：1、数据处理。
2、误差分析3、独立完成实验报告。
4、预习下一个实验 实验原理 １．共轭法测量凸透镜焦距 利用凸透镜物、像共轭对称成像的性质测量凸透镜焦距的方法，叫共轭法。
所谓“物象共轭对称”是指物与像的位置可以互移，如图5－1—1（a ）所示。
其中（a ）图中处于物点0s 的物体Q 经凸透镜L 在像点p 处成像P ，这时物距为u ，像距为v 。
若把物点0s 移到图5－1—1（a ）中p 的点，那么该物体经同一凸透镜L 成像于原来的物点，即像点p 将移到图5－1—1（a ）中的0s 点。
于是，图5－1—１（b ）中的物距'u 和像距'v 分别是图5－1—1（a ）中的像距v）（——图a115)(1b －１—图５和物距u ，即物距v u ='，像距u v ='。
这就是“物像共轭对称”。
设D v u v u =+=+''（物屏Q 和像屏P 之间的距离为D ）。
根据上面的共扼法，如果物与像的位置不调换，那么，物放在0S 处，凸透镜L 放在1X 处，所成一倒立放大实像在p 处；将物不动，凸透镜放在2X 处，所成倒立缩小的实像也在p 处，如图5－1－2所示。
由图可知，d u u =-'或d u v =-。
于是可得方程组解方程组得,2d D v += 2d D u -= Dd D f 4'22-= （5—１—１）该式是共轭法测量凸透镜焦距的公式。
大学物理光学实验
平行光管的调整及使用
1．测量凸透镜及透镜组的焦距
１）平行光管调整后，拿下平面镜，将被测凸透镜置于平行光管的前方，在透镜的前方放上测微目镜，调节平行光管、被测凸透镜和测微目镜，使它们大致在同一光轴上，尽量让测微目镜拉近到实验人员方便观察的位置。
２）将平行光管的十字分划板换成玻罗板，并拿下高斯目镜上的灯泡，放在直筒形光源罩上，然后装在平行光管上。
３）转动测微目镜的调节螺丝，直到从测微目镜里面能看到清晰的叉丝、标尺为止。
４）前后移动凸透镜，使被测凸透镜在平行光管中的玻罗板成像于测微目镜的标尺和叉丝上，表明凸透镜的焦平面与测微目镜的焦平面重合。
５）用测微目镜测出玻罗板像中10毫米两刻线间距的测量值y，读出平行光管的焦距实测值'f和玻罗板两刻线的实测值'y（出厂时仪器说明书中给定），重复五次，将各数据填入自拟表中。
2．用平行光管测凸透镜的鉴别率
（１）取下玻罗板，换上3号鉴别板，装上光源。
（２）将测微目镜、被测透镜、平行光管依次放在光具座上。
（３）移动被测透镜的位置，使被测透镜在平行光管的3号鉴别率板成像于测微目镜的焦平面上。
用眼睛认真地从1号单元鉴别率板上开始朝下看，分辨出是哪一个号数单元的并排线条，记下号码。
（４）在表4－4－1中查出条纹宽度a值及鉴别率角值，也可将a、'f（平行光管焦距，出厂的实测值）代入（4－4－3）式，求出鉴别率角值 。
光的干涉实验
若将同一点光源发出的光分成两束，在空间各经不同路径后再会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象。
干涉现象是光的波动说的有力证据之一。
“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释。
干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。
【实验目的】
1. 观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识；
2. 掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径；
3. 学习用逐差法处理实验数据。
【实验原理】
在一块平滑的玻璃片B 上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A 、B 之间形成一劈尖形空气薄层。
当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O 为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2)。
牛顿环是由透镜下表面反射的光和平面玻璃上表面反射的光发生干涉而形成的，两束反射光的光程差(或相位差)取决于空气层的厚度，所以牛顿环是一种等厚条纹。
设透镜的曲率半径为R ，与接触点O 相距为r 处的空气膜厚度为e ，则2222222)(r e eR R r e R R ++-=+-=由于e R >>，式中可略去2e 得到：
R
r e 22
= (1) 两束相干光的光程差为
2
2λ
+=∆e (2) 其中2/λ是光从空气射向平面玻璃反射时产生的半波损失而引起的附加光程 图1 牛顿环实验装置
差，即光线从光疏介质射向光密介质发生反射时有一相位π的突变。
形成暗环的条件为 2
)12(λ
+=∆m (m ＝0,1,2,3,…) (3) 其中m 为干涉级数。
在接触点)0(0==m e ，由于有半波损失，两相干光光程差为2/λ，所以形成一暗点。
综合(1)、(2)和(3)式可得第m 级暗环的半径为 λmR r m = (4)
可见暗环半径m r 与环的级次m 的平方根成正比，所以牛顿环越向外环越密。
如果单色光源的波长λ已知，测出第m 级暗环的半径m r ，就可由上式求出平凸透镜的曲率半径R ，或已知R 求出波长λ。
实际上，平凸透镜的凸面与平面玻璃之间不可能是一个理想的点接触，观察到的牛顿环中心是一个不甚清晰的圆斑。
其原因或是当透镜接触玻璃时，由于接触压力引起玻璃的弹性变形，使接触点为一圆面，干涉环中心为一暗斑；或是空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉环中心为一亮(或暗)斑。
因此无法确定环的几何中心和干涉级数，(4)式不宜直接采用。
为此我们可以通过测量距中心较远的第m 和第n 两个暗环的半径m r 和n r ，有
λmR r m =2λmR r m =2
两式相减可得
λR n m r r n m )(22-=-
所以
λ
)(2
2n m r r R n m --= (5) 或
λ
)(42
2n m d d R n m --=(6) m d 、n d 分别为第m 和第n 两个暗环的直径。
【实验仪器】
钠光灯(
A 5893=λ)，牛顿环装置，读数显微镜等。
【实验内容与步骤】
实验装置如图3所示。
钠光灯发出波长
A
5893
=
λ的由与水平方向成45°角的透反镜
(半反射半透射)反射后，垂直入射到平凸透镜上，干涉条纹通过显微镜观察和测量。
1.读数鼓轮;
2.调焦手轮;
3.目镜;
4.钠光灯;
5.平板玻璃
6.物镜;
7.透反镜;
8.平凸透镜;
9.载物台;10.支架
图3 测量显微镜及光路
1. 用显微镜观察牛顿环
利用显微镜观察物体必须同时满足两个条件：“对准”和“调焦”在被观察的物体上。
实验调整、操作应按下列次序进行：
1) 照明
调整读数显微镜的位置，使光线射向显微镜物镜下方︒
45透反镜，并使单色平行光垂直入射到牛顿环装置上。
调节透反镜的取向，应使显微镜视野中亮度最大。
2) 调焦
首先调节目镜直至十字叉丝成像清晰。
等厚干涉条纹定域在空气间隙上表面附近，故在观察时，读数显微镜必须对准此面调焦，在调焦过程中，旋转调焦手轮的方向时，必须先使显微镜筒接近平凸透镜，然后缓慢地自下而上进行调焦(自上而下调焦容易损坏物镜和被测标本，为操作规程所不允许的)，直到能看到清晰的干涉图样，即看到放大了的牛顿环。
3) 对准
略微移动牛顿环，对准环中心部位，使显微镜中的十字叉丝将牛顿环大致四等分。
如不够清晰可稍加调焦，直至条纹最清晰为止。
2. 测量牛顿环直径
（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。
3、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)。
【注意事项及常见故障的排除】
1. 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只可沿同一方向转动，以免由于螺距间隙而
产生误差；
2. 调节显微镜时，镜筒要自下而上缓缓调整，以免损伤物镜镜头或压坏45°玻璃片；
3. 取拿牛顿环时，切忌触摸光学平面，如有不洁要用专门的揩镜纸轻轻揩拭；
4. 钠光灯点燃后，直到测试结束再关闭，中途不应随意开关。
否则会降低钠光灯使用寿命。
【数据处理】【思考题】
1. 利用透射光观测牛顿环与用反射光观测会有什么区别?
2. 测量暗环直径时，叉丝交点没有通过环心，因而测量的是弦而非直径，对实验结果是否
有影响?为什么?
3. 为什么由平凸透镜和平板玻璃形成的牛顿环离中心越远，条纹越密?。
