光的等厚干涉(牛顿环)
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光的等厚干涉牛顿环实验数据光的等厚干涉是一种重要的实验现象,它揭示了光波的干涉特性和光的波动性质。
其中,牛顿环实验是一种经典的光的等厚干涉实验,通过观察牛顿环的形态和变化,我们可以研究光波的特性和光学材料的性质。
牛顿环实验的原理是利用平行光照射到一个凸透镜的平面表面上,形成一系列的等厚干涉圆环。
这些圆环的直径和颜色随着观察点的变化而变化,从而提供了丰富的实验数据。
实验数据的分析可以帮助我们了解光波的传播和干涉现象的规律。
我们观察到牛顿环的直径随着观察点到透镜中心的距离的增加而增大。
这是因为透镜对光的聚焦作用,使得离透镜中心较远的地方光程差较大,因此产生了较大的等厚干涉圆环。
而离透镜中心较近的地方光程差较小,产生了较小的等厚干涉圆环。
我们注意到牛顿环的颜色也随着观察点的变化而变化。
这是因为光的波长对干涉现象的影响。
根据干涉现象的理论,当两束光波相遇时,如果它们的波长相同,就会出现明暗相间的干涉条纹。
而如果它们的波长不同,就会出现彩色的干涉条纹。
因此,当我们观察牛顿环时,可以看到不同颜色的圆环,这是由于不同波长的光波产生的干涉现象。
我们还可以通过牛顿环的形态变化来研究光学材料的性质。
例如,当透镜的半径发生变化时,牛顿环的形状也会发生变化。
这是因为透镜的曲率半径决定了光波的聚焦程度,从而影响了干涉条纹的形态。
通过观察这些形态变化,我们可以推断出透镜的曲率半径和光学材料的折射率等信息。
除了观察牛顿环的形态和颜色,我们还可以利用实验数据计算出一些重要的参数。
例如,我们可以测量出不同观察点处的干涉圆环的半径,并根据这些半径计算出透镜的曲率半径和折射率。
这些参数的计算可以通过一些光学公式和理论来实现,但在这篇文章中不做详细介绍。
在实验过程中,我们还要注意一些误差因素的影响。
例如,透镜表面的不完全平整、实验环境中的气流扰动等都可能会对实验数据产生影响。
因此,在进行实验时需要尽量减小这些误差,并进行多组数据的测量和平均,以提高实验结果的准确性和可靠性。
等厚干涉牛顿环实验原理等厚干涉是一种常见的光学现象,牛顿环实验则是一种常用的观察等厚干涉的方法。
本文将介绍等厚干涉牛顿环实验的原理和相关内容。
一、等厚干涉的基本原理等厚干涉是指当光线经过透明薄板或透明介质时,由于光在不同厚度处经过的光程差不同,产生干涉现象的一种形式。
光程差是指光线从光源到达观察点所经过的路程差。
当光程差为波长的整数倍时,光线会发生相干叠加,形成明暗条纹,即干涉条纹。
二、牛顿环实验装置牛顿环实验是一种经典的等厚干涉实验,其装置主要包括以下部分:1. 光源:可以使用白光或单色光源,如汞灯或钠灯。
2. 透明薄板:一般使用玻璃片或透明塑料片,其上有一个光滑的凸透镜或者是光学平板。
3. 干涉装置:用于观察干涉条纹的仪器,主要包括目镜和透镜等。
三、牛顿环实验原理牛顿环实验的原理是利用透明薄板的表面与光源之间的光程差,通过干涉装置观察产生的干涉条纹。
干涉条纹的形成是因为光线在透明薄板的两个表面反射和折射产生的相干波叠加。
具体实验步骤如下:1. 将透明薄板放置在光源下方,使光线垂直照射到透明薄板的平面上。
2. 在透明薄板上方放置目镜,调整目镜与透明薄板之间的距离,使其可以清晰观察到干涉条纹。
3. 观察干涉条纹,可以看到中心是暗纹,周围是一系列的明纹和暗纹交替的条纹。
四、牛顿环实验的解释牛顿环实验中的干涉条纹可以通过以下解释:1. 光线从光源到达透明薄板表面时,会发生一次反射。
2. 光线从透明薄板的上表面到下表面时,会发生一次反射和一次折射。
3. 光线从透明薄板的下表面反射出来,再经过一次反射进入目镜。
通过以上光程的变化,可以得到光程差的表达式。
当光程差为波长的整数倍时,会产生明纹;当光程差为半波长的奇数倍时,会产生暗纹。
由此可以解释牛顿环实验中观察到的干涉条纹。
五、牛顿环实验的应用牛顿环实验在科学研究和工程应用中具有广泛的应用价值。
其中一些应用包括:1. 材料的光学性质研究:通过观察牛顿环实验中的干涉条纹,可以推断材料的折射率和厚度等光学参数。
光的等厚干涉牛顿环实验数据光的等厚干涉是一种通过观察干涉条纹来研究光的性质和干涉现象的实验方法。
牛顿环是一种经典的光的等厚干涉实验,它由英国科学家艾萨克·牛顿于17世纪末发现并研究。
牛顿环实验使用了一块平行玻璃板和一个凸透镜。
首先,在平行玻璃板上滴上一滴液体,使其形成一个薄膜。
然后将凸透镜轻轻压在玻璃板上,使液体薄膜变得均匀且等厚。
当光通过液体薄膜时,会发生反射和折射,产生干涉现象。
观察牛顿环时,可以看到一系列明暗相间的圆环。
这些圆环由于液体薄膜的等厚性而形成,每个圆环都对应着液体薄膜的等厚线。
在中心圆环处,由于光程差最小,所以明亮;而在其他圆环处,光程差逐渐增大,因此呈现出暗纹。
通过测量牛顿环的半径,可以得到液体薄膜的厚度。
根据干涉理论,牛顿环的半径r与液体薄膜的厚度t之间满足以下关系式:r² = t × λ × N其中,λ为入射光的波长,N为干涉的级数。
在实际测量中,可以通过调节凸透镜和平行玻璃板之间的距离,使得干涉条纹清晰可见,然后使用显微镜测量各级圆环的半径。
通过测量不同级数下的圆环半径,可以得到液体薄膜的厚度。
光的等厚干涉牛顿环实验不仅可以用于测量液体薄膜的厚度,还可以用于研究光的干涉现象。
通过观察干涉条纹的分布和变化,可以得到关于光的干涉性质的重要信息。
除了液体薄膜,牛顿环实验还可以用于测量其他材料的厚度。
例如,可以用它来测量透明薄膜、光学元件等的厚度。
通过将待测物品放置在平行玻璃板和凸透镜之间,调节距离使得干涉条纹清晰可见,然后测量圆环半径,就可以得到待测物品的厚度。
光的等厚干涉牛顿环实验在科学研究和工程应用中具有重要意义。
它不仅可以用于测量物体的厚度,还可以用于研究光的干涉现象。
通过对光的干涉现象的研究,可以深入理解光的波动性质和光的相干性。
光的等厚干涉牛顿环实验是一种重要的实验方法,通过观察干涉条纹来研究光的性质和干涉现象。
它可以用于测量物体的厚度,也可以用于研究光的干涉现象。
5.2 光的等厚干涉光的等厚干涉(牛顿环、劈尖)简介Interference of Equal Thickness of Light (Newton ’s Ring and Wedge )在光学发展史上,光的等厚干涉实验证实了光的波动性。
牛顿环干涉现象是一种典型的等厚干涉,是分振幅法产生的定域干涉,利用它可检验一些光学元件的球面度、平整度、光洁度等;利用劈尖可以测量细丝的直径等。
实验目的1.观察牛顿环产生的干涉现象,加深对光的等厚干涉的理解; 2.用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径; 3.用劈尖干涉法测量细丝直径或微小厚度; 4.学习读数显微镜的使用方法。
仪器用具牛顿环装置、读数显微镜、劈尖、钠光灯(589.3λ=nm )等。
实验原理1.用牛顿环测量透镜曲率半径如图 5.2-2所示,当垂直入射的单色平行光透过平凸透镜后,其中一部分光线在空气层的上表面反射,成为光线1,另一部分在空气层的下表面反射,成为光线2,因为这两条光线是同一条入射光线分出来的,它们是具有一定光程差的相干光。
这两束反射光束,它们在平凸透镜的凸面附近相遇,产生干涉。
实际上由于平凸透镜的曲率半径很大,反射光线1和2都几乎重合。
所以,这两束相干光的光程差为:22k ne λδ=+其中,λ为单色光的波长,2λ是光在空气层下表面反射时产生的半波损失,k e 为该处空气层的厚度,n 为空气折射率,近似为1,故有22k e λδ=+形成明纹的条件:2222k e kλλ+=,1,2,3...k = (5.2-1)形成暗环的条件是:2(21)22k e k λλ+=+,0,1,2,...k = (5.2-2)由图5.2-2中的几何关系可知222222()2Re k k k k R R e r R e r =-+=-++式中,R 是透镜凸面的曲率半径。
因k e R <<,式中2k e 项可以略去,故得22Re k k r = (5.2-3)明环半径k r =,1,2,3...k = (5.2-4)暗环半径k r =0,1,2,...k = (5.2-5)由公式(5.2-5)可知,若入射光波长λ已知,测出各级暗环的半径k r ,则可算出曲率半径R 。
光的等厚干涉牛顿环实验报告[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厚度。
[实验仪器]牛顿环仪,移测显微镜、钠灯、劈尖等。
[实验内容]1.用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径(1)按图11-2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(选做内容)(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。
求其平均值。
[实验记录表格]=====903.711mm。
光的等厚干涉牛顿环实验报告
光的等厚干涉牛顿环实验是一种经典的干涉实验,用于研究光的相位和波长等性质。
下面详细介绍该实验的内容及步骤。
一、实验原理
光的等厚干涉是指在等厚介质中,由于光线的反射和折射产生相位差,形成干涉条纹的现象。
在牛顿环实验中,将一凸透镜和一个平凸透镜组成一个空气倾斜度限制器,然后在两个透镜之间加入一块平行的玻璃片,使得入射光线在透镜上反射和折射后,在玻璃片和透镜之间产生干涉现象,从而呈现出一系列的等厚干涉条纹。
二、实验步骤
1. 调节实验装置:首先将凸透镜和平凸透镜组成空气倾斜度限制器,通过调节空气钳来使两个透镜之间的距离精确到0.1mm左右,并使得两个透镜中心轴线重合并且水平。
2. 调节光源:使用一束单色光源,如He-Ne激光,通过调节反射镜和衍射屏的位置,以确保光线垂直于光轴并使其成为平行光。
3. 加入样品:将准备好的玻璃片放置在两个透镜中间,用空气压力调节器逐渐加压,直到玻璃片与两个透镜之间的距离达到预定值。
4. 观察干涉条纹:依次观察光源、反射镜、凸透镜、玻璃片和平凸透镜的位置,可以看到一系列环形干涉条纹。
此时应记录下每个环的半径和颜色,可用读数显微镜或CCD 等检测设备精确测量。
三、实验结果
通过对干涉条纹的实际观察和相关计算,可以得到一系列参数,包括玻璃片的厚度变化、干涉条纹的半径和角度等。
这些数据可以用来计算出光的相位差和波长等参数,从而更深入地了解光的性质和行为。
综上所述,光的等厚干涉牛顿环实验是一种重要的干涉实验,可以用于研究光的相位和波长等性质。
该实验需要仔细调节和观察,才能获得准确的实验数据。
实验原理1.等厚干涉当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时,光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光(分振幅),折射光在薄膜的下表面反射后,又经上表面折射,最后回到原来的媒质中,在这里与反射光交迭,发生相干。
只要光源发出的光束足够宽,相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。
薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹,厚度不同处产生不同级的干涉条纹。
这种干涉称为等厚干涉。
如图1图12. 牛顿环测定透镜的曲率半径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时,两者之间就形成类似劈尖的劈形空气薄层,当平行光垂直地射向平凸透镜时,由于透镜下表面所反射的光和平玻璃片上表面所反射的光互相干涉,结果形成干涉条纹。
如果光束是单色光,我们将观察到明暗相间的同心环形条纹;如是白色光,将观察到彩色条纹。
这种同心的环形干涉条纹称为牛顿环。
本实验用牛顿环来测定透镜的曲率半径。
如图2。
设在干涉条纹半径r处空气厚度为e,那么,在空气层下表面B处所反射的光线比在A处所反射的光线多经过一段距离2e。
此外,由于两者反射情况不同:B处是从光疏媒质(空气)射向光密媒质(玻璃)时在界面上的反射,A处则从光密媒质射向光疏媒质时被反射,因B处产生半波损失,所以光程差还要增加半个波长,即:δ=2e+λ/2 (1)根据干涉条件,当光程差为波长整数倍时互相加强,为半波长奇数倍时互相抵消,因此:()()22/122/22/2⎭⎬⎫-----------+=+---------------=+暗环明环λλλλk e k e 从上图中可知:r 2=R 2-(R-e)2=2Re-e2 因R远大于e,故e2远小于2Re,e2可忽略不计,于是:e=r2/2R (3)上式说明e与r的平方成正比,所以离开中心愈远,光程差增加愈快,所看到的圆环也变得愈来愈密。
把上面(3)式代入(2)式可求得明环和暗环的半径: ()()42/1222⎪⎭⎪⎬⎫=-=λλkR R k r r如果已知入射光的波长λ,测出第k级暗环的半径r,由上式即可求出透镜的曲率半径R。
光的等厚干涉牛顿环实验报告光的等厚干涉是一种利用光的波动性质进行干涉实验的方法,其中牛顿环实验是其中的经典实验之一。
本次实验旨在通过观察牛顿环的形成及其特征,验证光的等厚干涉现象,进一步加深对光的波动性质的理解。
实验过程中,我们使用了一台高质量的干涉显微镜,通过调节其镜筒间距,观察了不同条件下牛顿环的形成情况,并记录了相关数据。
实验结果表明,通过观察牛顿环的形成及其特征,我们成功验证了光的等厚干涉现象,实验结果具有较高的可靠性和重复性。
在实验过程中,我们首先调整了干涉显微镜的镜筒间距,使得在显微镜的目镜中可以清晰地观察到牛顿环的形成。
随后,我们逐渐调整镜筒间距,观察牛顿环的变化情况,并记录了不同镜筒间距下的牛顿环直径的数据。
实验结果显示,在不同的镜筒间距下,牛顿环的直径呈现出规律性的变化,与理论预期相符。
通过对实验数据的分析,我们得出了光的等厚干涉现象的验证结论。
在本次实验中,我们还注意到了一些误差的存在,例如由于实验环境的微小变化导致的数据波动等。
为了减小误差的影响,我们在实验过程中进行了多次重复观测,并取多次数据的平均值作为最终结果,以提高实验结果的准确性和可靠性。
通过这样的方法,我们得到的实验结果更加可信。
总的来说,本次实验通过观察牛顿环的形成及其特征,验证了光的等厚干涉现象。
实验结果表明,光的等厚干涉现象具有较高的可靠性和重复性,与理论预期相符。
通过对实验数据的分析,我们得出了光的等厚干涉现象的验证结论。
同时,我们在实验过程中也注意到了误差的存在,通过多次重复观测和数据处理,我们尽可能减小了误差的影响。
因此,本次实验取得了较为满意的结果,对光的等厚干涉现象有了更深入的理解。
通过本次实验,我们不仅验证了光的等厚干涉现象,也加深了对光的波动性质的理解。
光的等厚干涉现象在实际应用中具有重要意义,例如在光学元件的加工和检测中有着广泛的应用。
因此,对光的等厚干涉现象的深入研究,对于推动光学领域的发展具有重要意义。
实验五 光的等厚干涉(牛顿环)在光学发展史上,光的干涉实验证实了光的波动性。
当薄膜层的上、下表面有一很小的倾角时,由同一光源发出的光,经薄膜的上、下表面反射后在上表面附近相遇时产生干涉,并且厚度相同的地方形成同一干涉条纹,这种干涉就叫等厚干涉。
其中牛顿环和劈尖是等厚干涉两个最典型的例子。
光的等厚干涉原理在生产实践中具有广泛的应用,它可用于检测透镜的曲率,测量光波波长,精确地测量微小长度、厚度和角度,检验物体表面的光洁度、平整度等。
一 实 验 目 的(1)观察光的等厚干涉现象,了解等厚干涉的特点。
(2)学习用干涉方法测量平凸透镜的曲率半径。
(3)掌握读数显微镜的原理和使用。
二 实 验 原 理1.牛顿环牛顿环是由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构成的,如图19所示,在平凸透镜和平板玻璃的上表面之间形成了一层空气薄膜,其厚度由中心到边缘逐渐增加,当平行单色光垂直照射到牛顿环上时,经空气薄膜层上、下表面反射的光在凸面附近相遇产生干涉,其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的圆环,如图19-1(b)所示。
设平凸透镜的曲率半径为R ,与接触点O 相距为k r 处的空气薄层厚度为e k ,那么由几何关系: 222)(k k r e R R +-=因R >> e k ,所以2k e 项可以被忽略,有:现在考虑垂直入射到k r 处的一束光,它经薄膜层上、下表面反射后在凸面处相遇时其光程差:δ = 2e k + λ/2其中 λ/2 为光从平板玻璃表面反射时的半波损失,把(1)式代入得:(2)由干涉理论,产生暗环的条件为:K =0,1,2,3,……) (3)从(2)式和(3)式可以得出,第K 级暗纹的半径: λKR r K =2 (4)所以只要测出k r ,如果已知光波波长λ,即可求出曲率半径R ;反之,已知R 也可由(4)式求出波长λ。
公式(4)是在透镜与平玻璃面相切于一点(00=e )时的情况,但实际上并非如此,观测到的牛顿环中心是一个或明或暗的小圆斑,这是因为接触面间或有弹性形变,使得00<e ;或因面上有灰尘,使得中心处00>e ,所以用公式(4)很难准确地判定干涉级次k ,也不易测准暗环半径。
光的等厚干涉牛顿环实验步骤光的等厚干涉牛顿环实验是一种经典的干涉实验,它通过观察光的干涉现象来研究光的波动性质。
牛顿环实验可以帮助我们理解光的干涉现象,以及光的波动性质。
下面将介绍光的等厚干涉牛顿环实验的步骤。
实验所需材料和仪器:1. 一台光源:例如白炽灯或激光器。
2. 一片透明平凸透镜:用于产生光的等厚干涉。
3. 一块玻璃基片:用于放置在透镜上方以形成干涉环。
4. 一台显微镜:用于观察干涉环的形态。
实验步骤:1. 将透明平凸透镜放置在光源上方,并调整透镜的位置,使光线通过透镜后尽可能平行。
2. 在透镜上方放置一块玻璃基片,使其与透镜接触。
3. 通过显微镜观察玻璃基片上的干涉环。
可以通过调整显微镜的焦距来清晰地观察到干涉环的形态。
4. 观察干涉环的特点:干涉环是一系列同心圆环,其中心为透镜的中心。
从中心向外,干涉环的半径逐渐增大,环的亮暗交替出现。
亮环表示光程差为整数倍波长,暗环表示光程差为半整数倍波长。
5. 测量干涉环的半径:通过显微镜的刻度盘或目镜读数器,可以测量干涉环的半径,并记录下来。
6. 对比不同波长下的干涉环:可以使用不同波长的光源,例如白炽灯和激光器,在同样的实验条件下观察干涉环的变化。
可以发现不同波长的光源产生的干涉环半径不同,这是由于光的波长不同导致的。
通过光的等厚干涉牛顿环实验,我们可以得到光的波长和透镜的曲率半径之间的关系。
根据干涉环的半径公式,可以计算出光的波长。
此外,还可以通过实验观察到干涉环的亮暗交替现象,验证光的波动性质。
光的等厚干涉牛顿环实验是光学实验中的经典实验之一,通过实验可以直观地观察到光的干涉现象,并且可以用来测量光的波长。
在实验过程中,需要仔细调整透镜和显微镜的位置,以确保干涉环的清晰观察。
此外,还可以使用不同波长的光源,观察干涉环的变化,进一步验证光的波动性质。
光的等厚干涉牛顿环实验是一种简单而有趣的实验,它可以帮助我们深入理解光的波动性质和干涉现象。
牛顿环等厚干涉实验原理引言:牛顿环等厚干涉实验是一种经典的光学实验,它通过光的干涉现象来研究光的性质。
本文将介绍牛顿环等厚干涉实验的原理及其应用。
一、牛顿环等厚干涉实验原理牛顿环等厚干涉实验是基于光的干涉现象而展开的。
当平行光垂直照射到一块透明薄片表面时,由于薄片上存在着厚度不均匀的厚度差,光线在通过薄片时会发生相位差,进而引起干涉现象。
1. 薄片的厚度不均匀在牛顿环等厚干涉实验中,通常使用一块玻璃片作为薄片。
由于制作工艺的限制,玻璃片的厚度并不均匀,因此在光照射下会形成一系列的等厚环。
这些等厚环是由薄片表面与光源之间的相位差引起的。
2. 光的干涉现象当平行光照射到薄片表面时,光线会部分透射进入薄片内部,而部分光线会被反射。
透射光和反射光在薄片内部发生干涉,形成干涉条纹。
这些干涉条纹呈现出明暗相间的环状结构,就是牛顿环。
3. 相位差的计算在牛顿环等厚干涉实验中,相位差的计算是关键。
考虑到薄片表面与光源之间的相位差,可以通过以下公式进行计算:Δφ =2πΔd/λ其中,Δφ表示相位差,Δd表示光线通过薄片时所经过的厚度差,λ表示光的波长。
二、牛顿环等厚干涉实验的应用牛顿环等厚干涉实验在光学研究中有着广泛的应用。
1. 薄膜厚度的测量牛顿环等厚干涉实验可以用来测量薄膜的厚度。
通过测量相邻环的半径差,可以推导出薄膜的厚度。
这种测量方法具有高精度和非接触性的特点,在材料科学和工程领域中得到了广泛的应用。
2. 光学元件的质量检测牛顿环等厚干涉实验可以用来检测光学元件的质量。
通过观察干涉条纹的清晰度和形状,可以判断光学元件的表面质量和制造工艺,以及是否存在缺陷和畸变。
3. 光学材料的研究牛顿环等厚干涉实验可以用来研究光学材料的性质。
通过观察干涉条纹的变化,可以推断材料的折射率和透明度,进而了解材料的光学特性和结构。
结论:牛顿环等厚干涉实验是一种重要的光学实验,通过观察干涉条纹的变化可以研究光的性质。
它在薄膜厚度测量、光学元件检测和光学材料研究等领域具有广泛的应用前景。
光的等厚干涉牛顿环实验报告实验名称:光的等厚干涉牛顿环实验
实验目的:
1. 了解等厚干涉的原理及实验方法;
2. 掌握干涉条纹的观察方法;
3. 通过实验验证牛顿环的存在。
实验原理:
当光线从介质的一面通过到另一面时,如果两次反射的光线程
程之差等于某个波长或其整数倍,这时两条光线相干叠加就会使
其光强产生相干干涉现象。
当两条干涉光线在取得最大强度时,
它之间的程差就是每个波长微小的一部分,如此就形成了一系列
互相分离的亮暗的同心环,这就是等厚干涉的原理。
实验步骤:
1. 准备所需材料:牛顿环装置,微调手轮以及单色光源等。
2. 将牛顿环装置校准好,使其完全水平。
并使用单色光源射入。
3. 使用微调手轮调整干涉条纹的大小及间距。
观察环的颜色变化。
4. 测量光程差和牛顿环的直径,并记录数据。
实验结果:
通过实验观察,我们发现随着干涉条纹数量的增加,牛顿环的直径也随之增加。
通过测量得到直径大小,计算可以得出光程差的值。
通过实验结果我们可以验证光的等厚干涉的存在,并进一步加深对于此原理的理解。
实验结论:
通过该实验我们可以得到光的等厚干涉原理的实验结果,并验证其存在。
同时,实验还让我们了解到牛顿环实验的观察方法和实验步骤。
这些知识可以帮助我们更好的理解光的干涉现象,并在实际应用中加以运用。
光的等厚干涉(牛顿环)
一、实验目的:
观察牛顿环产生的等厚干涉条纹,加深对等厚干涉现象的认识。
二、实验原理:
牛顿环
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。
在干涉条纹上,光程差相等处,是以接触点O为中心,半径为r的明暗相间的同心圆,其暗环的条件为:r?kR? (1)其中k为暗环级数,λ为单色光的波长。
可见,测出条纹的半径r,依(1)式便可计算出平凸透镜的半径R。
2
入射光
三、实验仪器:
读数显微镜,牛顿环仪,汞光灯。
四、实验内容:
观察牛顿环
(1)接通钠光灯电源使灯管预热。
(2)将牛顿环装置放置在读数显微镜镜筒下,并将下面的反射镜置于背光位置。
(3)待钠光灯正常发光后,调节光源的位置,使450半反射镜正对钠灯窗口,并且同高。
(4)在目镜中观察从空气层反射回来的光,整个视场应较亮,颜色呈钠光的黄色,如果看不到光斑,
可适当调节45度半反射镜的角度及钠灯的高度和位置,直至看到反射光斑,并均匀照亮视场。
(5)调节目镜,在目镜中看到清晰的十字叉丝线的像。
(6)放松目镜紧固螺丝,转动目镜使十字叉丝线中的一条线与标尺平行,即与镜筒移动方向平行。
(7)转动物镜调节手轮(注意:要两个手轮一起转动)调节显微镜镜筒与牛顿环装置之间的距离。
先将镜筒下降,使45度半反射镜接近牛顿环装置但不能碰上,然后缓慢上升,直至在目镜中看到清晰的牛顿环像。
测量暗环的直径
(1)移动牛顿环装置,使十字叉丝线的交点与牛顿环中心重合。
(2)转动读数鼓轮,使十字准线从中央缓慢向左移至第31暗环(边移边数,十字叉丝竖线对准一环
数一环,不易数错),然后反方向自31暗环向右移动,使叉丝竖线依次对准30、29、28、27、
26、25暗环中间,分别记录读数显微镜上相应的位置读数
x30、x29、……x25(注意:估读到0.001mm及采用单向移动测量)。
过了25环后继续转动鼓轮,使叉丝竖线依次对准20、19、18、17、16、15暗环中间,并分别记录相应的位置读数。
(3)继续按原方向转动读数鼓轮,越过干涉圆环中心,与上类似,记录叉丝竖线对准右边第15、16、
17、18、19、20及25、26、27、28、29、30暗环中间时的读数,注意整个过程中鼓轮不能倒转,即采用单向移动测量,以避免空程误差。
(4)将暗环位置的读数填入自拟表中。
五、实验数据处理:
2
1、计算暗环直径D及直径平方D :
2、采用多项逐差法处理:
把实验所测得Dk的数据分为 n 、m 两组(n
组:D15 ,D16 , ...D20 ,m 组: D25 ,D26, (30)
22Dm?Dn?4
Dn,Dm为n、m两组中的对应项,此处m-n=10(恒
值)?=5.893?10mm
R?
4m?n?
22223、求Dm及Dm,求出R的值
DnDn
4、计算出?R、相对不确定度
R
R
,写出结果表示:R??R
2
(1348.8?1334.9)2?(1323.4?1334.9)2(1335.8?1334.9)=5.4 ?R=
5?6
相对不确定度=4.0?10
3
R??R=1334.9?5.4
六、思考题:
1、牛顿环干涉条纹一定会成为圆环形状吗?不一定。
若不是等厚干涉,就不一定成圆环形。
2、实验中为什么要测牛顿环直径,而不测其半径?
因为无法确定牛顿环的圆心在哪里,难以测出其半径。
3、实验中为什么要测量多组数据且采用逐差法处理数据?
减少实验的偶然误差。
(全文完)。