大学物理仿真实验报告 牛顿环

大学物理仿真实验报告－牛顿环法测曲率半径————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期:大学物理仿真实验报告实验名称牛顿环法测曲率半径班级:姓名:学号:日期:牛顿环法测曲率半径实验目的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。

实验原理如下图所示，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。

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（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 ２相对于2Re是一个小量，可以忽略,所以上式可以简化为k（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。

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（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 >> e k，e k2相对于2Re k是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为（5）如果r k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r k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。

一、实验目的1. 理解牛顿环的原理及其形成条件。

2. 通过观察牛顿环的干涉条纹，测量平凸透镜的曲率半径。

3. 熟悉光学仪器和实验操作方法。

二、实验原理牛顿环是由平凸透镜与平板玻璃之间形成的空气薄层引起的等厚干涉现象。

当光线垂直照射到平凸透镜和平板玻璃的接触面时，部分光线在接触面发生反射，部分光线穿过空气薄层后再发生反射。

这两束反射光相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。

根据干涉条件，明纹处的光程差为半个波长，即Δl = (m + 1/2)λ，其中m为干涉级数，λ为光的波长。

对于牛顿环，空气薄层的厚度h与干涉级数m之间的关系为：h = (m + 1/2)λR其中R为平凸透镜的曲率半径。

通过测量干涉条纹的级数，可以计算出平凸透镜的曲率半径。

三、实验仪器与设备1. 平凸透镜2. 平板玻璃3. 平行光源4. 凸透镜支架5. 米尺6. 干涉条纹观察仪7. 记录纸8. 镜子9. 光具座四、实验步骤1. 将平板玻璃放在光具座上，将平凸透镜放在平板玻璃上，调整使其与平板玻璃接触良好。

2. 将平行光源照射到平凸透镜和平板玻璃的接触面，调整光源方向，使光线垂直照射。

3. 将干涉条纹观察仪放置在光具座上，调整使其与平行光源和透镜平行。

4. 观察干涉条纹，记录明纹和暗纹的位置，用米尺测量条纹间距。

5. 根据干涉级数m和条纹间距，计算平凸透镜的曲率半径R。

五、实验结果与分析1. 通过观察干涉条纹，记录了10个明纹和暗纹的位置，计算出干涉级数m。

2. 根据干涉级数m和条纹间距，计算平凸透镜的曲率半径R。

实验数据如下：m = 5d = 0.5 mmR = (m + 1/2)λ/d = (5 + 1/2)×600 nm/0.5 mm = 3.6 m六、实验总结1. 通过牛顿环法实验，成功测量了平凸透镜的曲率半径。

2. 实验过程中，注意了光线的垂直照射和干涉条纹的观察，保证了实验结果的准确性。

3. 通过实验，加深了对牛顿环原理和等厚干涉现象的理解。

大学物理仿真实验实验报告牛顿环测量曲率半径实验土木21班2120702008崔天龙实验名称：牛顿环测量曲率半径实验1.实验目的:1 观察等厚干涉现象，理解等厚干涉的原理和特点2 学习用牛顿环测定透镜曲率半径3 正确使用读数显微镜，学习用逐差法处理数据2.实验仪器:读数显微镜，钠光灯，牛顿环，入射光调节架3.实验原理图1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（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，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 >> e k，e k 2相对于2Rek是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为（5）如果r k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r k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。

一、实验目的1. 观察和分析牛顿环等厚干涉现象；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进行测量；4. 理解光的干涉原理及其在光学实验中的应用。

二、实验原理牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验。

实验装置主要由一块平面玻璃板和一块平凸透镜组成。

当平凸透镜的凸面与平面玻璃板接触时，在接触点附近形成一层厚度不等的空气膜。

当单色光垂直照射到空气膜上时，反射光束在上表面和下表面相遇发生干涉，形成明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。

根据干涉原理，两束相干光的光程差为：Δ = 2d + λ/2 (明环)Δ = 2d - λ/2 (暗环)其中，d为空气膜的厚度，λ为入射光的波长。

根据上述公式，我们可以推导出牛顿环的半径与透镜曲率半径之间的关系：R = (k + 1/2)λr^2 / (kλ)其中，R为透镜的曲率半径，k为环的级数，r为环的半径。

三、实验仪器1. 平面玻璃板；2. 平凸透镜；3. 读数显微镜；4. 钠光灯；5. 三爪式透镜夹和固定滑座。

四、实验步骤1. 将平凸透镜固定在固定滑座上，使其凸面与平面玻璃板接触；2. 将钠光灯放置在实验装置的一侧，调整光源方向，使光线垂直照射到透镜上；3. 使用读数显微镜观察牛顿环，调节显微镜的焦距，使干涉条纹清晰可见；4. 测量第k级暗环的半径rk；5. 根据实验数据，计算透镜的曲率半径R。

五、实验结果与分析1. 通过观察牛顿环，我们可以清晰地看到明暗相间的同心圆环，验证了等厚干涉现象的存在；2. 根据实验数据，计算出透镜的曲率半径R，并与理论值进行比较，分析误差来源；3. 实验结果表明，牛顿环实验可以有效地测量透镜的曲率半径，为光学元件的设计和制造提供参考。

六、实验总结1. 牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验，通过观察和分析牛顿环，我们可以加深对光的干涉原理的理解；2. 实验过程中，我们需要注意调节光源方向、显微镜焦距等因素，以确保实验结果的准确性；3. 牛顿环实验可以应用于测量透镜的曲率半径、光学元件的厚度等，具有广泛的应用价值。

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。

西安交通大学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.学会用牛定透曲率半径。

2.正确使用微，学用逐差法理数据。

二、实验仪器牛，数微，光灯，入射光架。

三、实验原理如所示，在平板玻璃面 DCF上放一个曲率半径很大的平凸透ACB，C 点接触点，在 ACB和 DCF之，形成一厚度不均匀的空气薄膜，色光从上方垂直入射到透上，透透，近似垂直地入射于空气膜。

分从膜的上下表面反射的两条光来自同一条入射光，它足相干条件并在膜的上表面相遇而生干涉，干涉后的度由相遇的两条光的光程差决定，由可，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，是从光密媒射向光疏媒，反射光不生相位突，而在下表面反射，会生相位突，即在反射点，反射光的相位与入射光的相位之相差，与之的光程差/2，所以相干的两条光具有/2 的附加光程差，的光程差（1）当足条件（2），生相干涉，出第K 亮，而当（k = 0,1,2⋯）（3），生相消干涉，出第k 暗。

因1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 >> e，e2相对于k k2Re k是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为（ 5）如果 r k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r k是第k级明纹，则由式（1）和（ 2）得（9）代入式（ 5），可以算出（ 10）2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。

第1篇一、实验背景牛顿环实验是光学中的一个经典实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。

牛顿环实验的核心原理是等厚干涉现象，即在薄膜层厚度相同的位置，光波发生干涉，形成明暗相间的条纹。

二、实验原理1. 牛顿环的形成牛顿环实验装置主要由一块曲率半径较大的平凸透镜和一块光学玻璃平板组成。

当平凸透镜的凸面与平板接触时，在接触点附近形成一层空气膜。

当平行单色光垂直照射到牛顿环装置上时，光在空气膜的上、下表面反射，形成两束光波。

这两束光波在空气膜上表面相遇，产生干涉现象。

2. 等厚干涉现象在牛顿环装置中，空气膜的厚度从中心到边缘逐渐增加。

由于空气膜厚度相同的位置对应于同一干涉条纹，因此这种现象称为等厚干涉。

根据等厚干涉原理，厚度相同的位置，光程差也相同，从而形成明暗相间的干涉条纹。

3. 牛顿环的干涉条件在牛顿环装置中，光在空气膜上、下表面反射的两束光波发生干涉，干涉条件为：Δ = mλ其中，Δ为光程差，m为干涉级次，λ为光波长。

4. 牛顿环的半径与透镜曲率半径的关系设牛顿环装置中第m级暗环的半径为rk，透镜的曲率半径为R，空气膜厚度为e，则有：rk^2 = R^2 - e^2由上式可知，通过测量牛顿环的半径rk，可以计算出透镜的曲率半径R。

三、实验步骤1. 准备实验装置，包括牛顿环仪、钠光灯、凸透镜、平板玻璃等。

2. 将牛顿环仪放置在实验台上，调整透镜与平板玻璃之间的距离，使牛顿环清晰可见。

3. 打开钠光灯，调整显微镜的焦距，使牛顿环图像清晰。

4. 测量第m级暗环的半径rk，重复多次测量，求平均值。

5. 根据测量结果，利用上述公式计算透镜的曲率半径R。

四、实验结果与分析通过实验测量，可以得到一系列牛顿环的半径rk。

根据实验原理，可以计算出透镜的曲率半径R。

通过对比实际值与测量值，可以分析实验误差，并探讨提高实验精度的方法。

五、实验结论牛顿环实验是一种经典的干涉实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。

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。

大学物理实验牛顿环实验报告含数据一、实验目的1、观察等厚干涉现象——牛顿环。

2、学习用干涉法测量透镜的曲率半径。

3、掌握读数显微镜的使用方法。

二、实验原理牛顿环是一种等厚干涉现象。

将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在透镜的凸面与平面玻璃之间就会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。

当一束单色平行光垂直照射到牛顿环装置上时，在空气薄层的上、下表面反射的两束光将产生干涉。

在反射光中观察会看到以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环，即牛顿环。

设透镜的曲率半径为 R，形成的第 m 级暗环的半径为 rm，对应的空气薄层厚度为 em。

由于光程差等于半波长的奇数倍时产生暗纹，所以有：＼＼begin{align}2e_m ＋＼frac{＼lambda}｛2} ＆＝（2m ＋ 1)＼frac{＼lambda}｛2}＼＼2e_m ＆＝ m\lambda\＼e_m ＆＝＼frac{m\lambda}｛2}＼end{align}＼又因为在直角三角形中，有＼（r_m^2 ＝ R^2 （R e_m)＾2 ＼approx 2Re_m\）（因为 em 远小于 R）所以可得＼（r_m^2 ＝ mR\lambda\），则＼（R ＝＼frac{r_m^2}｛m\lambda}＼）通过测量暗环的半径，就可以计算出透镜的曲率半径 R。

三、实验仪器读数显微镜、钠光灯、牛顿环装置。

四、实验步骤1、调节读数显微镜调节目镜，使十字叉丝清晰。

转动调焦手轮，使镜筒自下而上缓慢移动，直至从目镜中看到清晰的牛顿环图像。

移动牛顿环装置，使十字叉丝交点与牛顿环中心大致重合。

2、测量牛顿环直径转动测微鼓轮，使十字叉丝从牛顿环中心向左移动，依次对准第30 到第 15 暗环，记录读数。

继续转动鼓轮，使叉丝越过中心向右移动，依次对准第 15 到第 30 暗环，记录读数。

3、重复测量重复上述步骤，共测量 5 组数据。