牛顿环等厚干涉标准实验报告
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等厚干涉牛顿环实验报告实验目的本实验旨在通过等厚干涉牛顿环实验,研究光的干涉现象,探究光的波动性质,进一步了解光的干涉现象与波动性质之间的关联。
实验器材•等厚干涉装置•准直器•白光源•直尺•镜筒•透明薄片•电源实验原理等厚干涉是基于两个波面相干的干涉现象。
在干涉装置中,光线从白光源发出,经过准直器透射后,经过与透明薄片平行的厚度并适当变化的光程差,然后经过反射后再经过透明薄片,光线再次进入到同一介质中,产生干涉现象。
根据干涉的现象可以得到一系列的暗纹和亮纹分布,这些亮暗纹的分布情况可以用来推测透明薄片的厚度。
实验步骤1.将准直器垂直于白光源,并将白光源打开。
2.将直尺放置在光路上,并将反射光镜筒放置在直尺两端。
3.将透明薄片放入反射光镜筒中,并将其固定。
4.在反射光镜筒上移动镜筒,直到观察到明亮的干涉圆环。
5.测量明亮的干涉圆环的半径,重复多次测量,取平均值。
实验结果根据测量得到的明亮干涉圆环的半径,利用以下公式可以计算出透明薄片的厚度:$$ \\Delta T = \\frac{r^2}{2 \\cdot \\lambda} $$其中,$\\Delta T$为透明薄片的厚度,r为明亮干涉圆环的半径,$\\lambda$为光的波长。
结论通过等厚干涉牛顿环实验,我们成功观察到了明亮的干涉圆环,并通过测量计算出透明薄片的厚度。
这说明光的波动性质与干涉现象是相关的,根据干涉现象和波动性质,可以测量出透明薄片的相关参数。
实验结果与理论计算结果相符,实验目的达到。
这一实验对于理解光的波动性质以及干涉现象具有一定的教育意义和科学研究价值。
参考文献•余清祥,王敏. 《波动光学与实验教程》. 科学出版社,2008年。
进一步探究1.可以尝试改变白光源的波长,观察明暗干涉圆环的变化情况。
2.可以尝试使用不同厚度的透明薄片,观察明暗干涉圆环的变化情况,进一步验证透明薄片厚度与干涉圆环的关系。
3.可以尝试使用其他干涉装置进行比较,比如菲涅尔双棱镜干涉仪,观察干涉现象的差异。
等厚干涉牛顿环实验报告一、实验目的通过等厚干涉牛顿环实验,掌握液体光程差测量法的原理、方法与技巧,加深对干涉现象的理解。
二、实验原理1、干涉现象:两个波长相等的光波相交时,在相交区域内会出现明暗相间的干涉条纹现象,称为干涉现象。
2、等厚干涉:同一透明介质中,光线经过的路程相等,产生干涉现象。
3、牛顿环:在凸透镜和平板玻璃之间加液体,在两个平面之间形成空气薄膜,形成明暗相间的干涉条纹,称为牛顿环。
4、液体光程差公式:若液体高为h,半径为r,曲率半径为R,n为液体的折射率,则光程差为:Δ=h*(1-n^2/(1+(r/R)^2))三、实验器材牛顿环装置、数字显微镜、压电陶瓷调节器、钠光灯、凸透镜、平板玻璃、液体(水或甘油)。
四、实验步骤1、将牛顿环装置放平,并在顶上固定凸透镜。
2、在凸透镜上滴入液体,注意液体应该均匀,将平板玻璃慢慢放在液体上并压紧,调整液体高度和厚度,待牛顿环稳定后,进行观察。
3、使用数字显微镜,在环的中央测量各环的直径,注意要取多组数据。
4、根据公式计算出各环的半径,计算出液体的折射率。
5、重复以上步骤,取不同液体,比较其折射率。
五、实验注意事项1、注意平板玻璃和凸透镜的清洁,避免出现指纹、灰尘等污染物,影响实验结果。
2、滴液时注意液滴均匀,避免产生空气袋。
3、测量时注意数字显微镜的读数准确。
4、实验过程中要小心,避免出现液体溅出等安全问题。
六、实验结果和分析根据实验数据,可以通过公式计算液体的折射率,将各组数据进行平均值计算,得到不同液体的结果,比较其误差,进一步分析液体的特性和品质。
七、实验总结通过等厚干涉牛顿环实验,掌握了液体光程差测量法的原理、方法与技巧,加深了对干涉现象的理解。
同时,也提高了实验能力和思维能力,为今后科研实践打下了基础。
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环等厚干涉现象;2. 学习利用牛顿环干涉现象测量透镜的曲率半径;3. 理解光程差与干涉条纹之间的关系。
二、实验原理牛顿环是一种等厚干涉现象,当一块平凸透镜的凸面与平板玻璃接触时,在两表面之间形成一层厚度不等的空气膜。
当单色光垂直照射到牛顿环上时,空气膜上、下表面反射的光束发生干涉,形成以接触点为中心的一系列明暗相间的圆环。
根据干涉条件,明环和暗环的位置与空气膜的厚度有关,从而可以计算出透镜的曲率半径。
实验原理公式如下:对于明环:2d = mλ + λ/2对于暗环:2d = mλ - λ/2其中,d为空气膜厚度,m为干涉级数,λ为入射光波长。
三、实验仪器1. 牛顿环装置:由一块平面玻璃和一块平凸透镜组成;2. 钠光灯:提供单色光;3. 读数显微镜:用于测量干涉条纹间距;4. 移动平台:用于调节透镜与平板玻璃之间的距离。
四、实验步骤1. 将牛顿环装置放置在实验台上,调整钠光灯,使其光线垂直照射到牛顿环上;2. 将读数显微镜对准牛顿环,调节显微镜的焦距,使干涉条纹清晰可见;3. 调节移动平台,使透镜与平板玻璃之间的距离逐渐增大,观察干涉条纹的变化;4. 记录明环和暗环的间距,根据实验原理公式计算空气膜厚度;5. 改变透镜的曲率半径,重复实验步骤,比较不同曲率半径下的实验结果。
五、实验结果与分析1. 观察到随着透镜与平板玻璃之间距离的增大,干涉条纹间距逐渐增大,说明空气膜厚度逐渐增加;2. 通过计算,得到不同干涉级数的空气膜厚度,进一步计算出透镜的曲率半径;3. 对比不同曲率半径下的实验结果,发现实验结果与理论值基本一致。
六、实验结论1. 牛顿环是一种典型的等厚干涉现象,通过观察和分析牛顿环,可以加深对等厚干涉的理解;2. 利用牛顿环干涉现象可以测量透镜的曲率半径,实验结果与理论值基本一致,说明实验方法可靠;3. 通过本实验,掌握了读数显微镜的使用方法,提高了实验操作技能。
实验报告学生姓名: 学号: 指导教师:试验地点: 试验时间:一、试验室名称:二、试验项目名称: 牛顿环测曲面半径和劈尖干涉三、试验课时:四、试验原理:1.等厚干涉如图1所示, 在C点产生干涉, 光线11`和22`旳光程差为△=2d+λ/2式中λ/2是由于光由光疏媒质入射到光密媒质上反射时, 有一相位突变引起旳附加光程差。
当光程差△=2d+λ/2=(2k+1)λ/2,即d=k λ/2时产生暗条纹;当光程差△=2d+λ/2=2kλ/2,即d=(k-1/2)λ/2时产生明条纹;因此,在空气薄膜厚度相似处产生同一级旳干涉条纹,叫等厚干涉条纹。
2.用牛顿环测透镜旳曲率半径将一种曲率半径较大旳平凸透镜旳凸面置于一块光学平板玻璃上则可构成牛顿环装置。
如图2所示。
这两束反射光在AOB 表面上旳某一点E相遇, 从而产生E 点旳干涉。
由于AOB 表面是球面, 所产生旳条纹是明暗相间 旳圆环, 因此称为牛顿环, 如图3所示。
图3图43.劈尖干涉将两块光学平玻璃重叠在一起, 在一端插入一薄纸片, 则在两玻璃板间形成一空气劈尖, 如图4所示。
K 级干涉暗条纹对应旳薄膜厚度为d=k λ/2 k=0时, d=0, 即在两玻璃板接触处为零级暗条纹;若在薄纸处展现k=N 级条纹, 则薄纸片厚度为 d ’=N λ/2若劈尖总长为L, 再测出相邻两条纹之间旳距离为△x,则暗条纹总数为N=L/△x, 即 d ’=L λ/2 △x 。
五、试验目旳:深入理解光旳等厚干波及其应用, 学会使用移测显微镜。
六、试验内容:1、用牛顿环测透镜旳曲率半径 2、用劈尖干涉法测薄纸片旳厚度 七、试验器材(设备、元器件):Ld牛顿环装置, 移测显微镜, 两块光学平玻璃板, 薄纸片, 钠光灯及电源。
八、试验环节:1. 用牛顿环测透镜旳曲率半径(1)在日光下, 用手轻调牛顿环仪上旳三个螺钉, 使牛顿环位于其中心。
螺钉不要调得太紧(会压坏玻璃), 也不要调得太松(牛顿环不稳定, 轻易移动, 无法精确进行测量)。
牛顿环-等厚干涉标准实验报告牛顿环-等厚干涉标准实验报告一、实验目的1.通过观察和测量牛顿环的干涉图样,了解等厚干涉的原理和特点。
2.学会使用读数显微镜测量牛顿环的直径,并分析误差来源。
3.通过实验数据的处理,进一步掌握不确定度的概念和计算方法。
二、实验原理牛顿环是一个经典的等厚干涉实验,其实验原理如下:当一束平行光垂直照射在一个平凸透镜的平面上,经过透镜的折射后,形成一个会聚的光束。
当这个光束通过一个与之平行的平面玻璃片时,会在玻璃片的下表面反射,形成一个干涉图样。
这个干涉图样是由一系列同心圆环组成的,称为牛顿环。
牛顿环的形成是由于光在透镜和平面玻璃片的下表面反射时,发生了光的干涉。
由于透镜和平面玻璃片的下表面之间的距离是变化的,因此反射光的光程差也是变化的。
当光程差是某个特定值的整数倍时,就会出现干涉加强的现象,形成明亮的圆环。
而当光程差是半个波长的奇数倍时,就会出现干涉减弱的现象,形成暗环。
通过测量干涉图样的直径,可以计算出透镜和平面玻璃片之间的厚度差。
这是因为干涉图样的直径与厚度差之间存在一定的关系。
在本实验中,我们使用读数显微镜来测量牛顿环的直径。
三、实验步骤1.将平凸透镜和平面玻璃片清洗干净,并用纸巾擦干。
2.将平面玻璃片放在平凸透镜的平面上,并使它们之间保持紧密接触。
3.打开读数显微镜,将干涉图样调整到视野中央。
4.调节显微镜的焦距和光源的亮度,使干涉图样清晰可见。
5.使用读数显微镜测量干涉图样的直径,并记录数据。
在每个亮环和暗环的中心位置测量三次,取平均值作为测量结果。
6.重复以上步骤,测量多个干涉图样的直径。
7.根据测量结果计算透镜和平面玻璃片之间的厚度差,并分析误差来源。
四、实验结果与分析在本实验中,我们测量了多个牛顿环的直径,并根据测量结果计算了透镜和平面玻璃片之间的厚度差。
以下是我们测量和计算的数据:通过计算我们发现,厚度差与直径之间存在线性关系,即厚度差是直径的一半。
这是因为干涉图样的直径与厚度差之间存在正比关系。
等厚干涉牛顿环实验报告数据一、实验目的1、观察等厚干涉现象,加深对光的波动性的理解。
2、掌握用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的方法。
3、学会使用读数显微镜。
二、实验原理1、等厚干涉当一束平行光垂直照射到薄膜上时,从薄膜上下表面反射的两束光将会发生干涉。
如果薄膜厚度相同的地方,两束反射光的光程差相同,从而形成同一条干涉条纹。
这种干涉称为等厚干涉。
2、牛顿环将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上,在两者之间形成一个空气薄层。
当平行单色光垂直入射时,在空气薄层的上表面和下表面反射的两束光将会发生干涉,形成以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环,这些圆环被称为牛顿环。
3、曲率半径的计算设平凸透镜的曲率半径为 R,入射光波长为λ,第 m 个暗环的半径为 rm,第 n 个暗环的半径为 rn。
根据几何关系和光的干涉条件,可以得到:rm^2 =mRλ (m = 0, 1, 2,)rn^2 =nRλ (n = 0, 1, 2,)两式相减可得:R =(rm^2 rn^2) /(m n)λ通过测量暗环的半径和环数,就可以计算出平凸透镜的曲率半径。
三、实验仪器1、读数显微镜用于测量牛顿环的直径。
2、钠光灯提供单色光源。
3、牛顿环装置由平凸透镜和平面玻璃组成。
四、实验步骤1、调节读数显微镜(1)将显微镜镜筒大致调至水平。
(2)调节目镜,使十字叉丝清晰。
(3)将物镜调至最低,然后缓慢上升,直到能看清牛顿环。
2、测量牛顿环直径(1)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、25、20、15、10 个暗环,并记录相应的位置读数。
(2)继续转动鼓轮,使十字叉丝越过中心,向右移动,对准第10、15、20、25、30 个暗环,并记录位置读数。
3、数据处理(1)计算各暗环直径的测量值。
(2)取相邻两个暗环直径的平均值作为暗环的直径。
(3)根据公式计算平凸透镜的曲率半径。
五、实验数据记录|环数|左方位置读数(mm) |右方位置读数(mm) |直径(mm) |直径平均值(mm) |||||||| 30 | 28765 | 18945 | 9820 ||| 25 | 28128 | 19562 | 8566 ||| 20 | 27562 | 20125 | 7437 ||| 15 | 26987 | 20785 | 6202 ||| 10 | 26421 | 21456 | 4965 ||六、数据处理1、计算各暗环直径D30 = 9820mmD25 = 8566mmD20 = 7437mmD15 = 6202mmD10 = 4965mm2、计算直径平均值D'30 =(D30 + D20) / 2 =(9820 + 7437) / 2 = 86285mm D'25 =(D25 + D15) / 2 =(8566 + 6202) / 2 = 7384mm D'20 =(D20 + D10) / 2 =(7437 + 4965) / 2 = 6201mm3、计算平凸透镜的曲率半径已知钠光灯波长λ = 5893nm = 5893×10^-4mm,取 m = 30,n = 10R =(D'30^2 D'10^2) /(m n)λ=(86285)^2 (4965)^2 /(30 10)×5893×10^-4≈ 10125mm七、误差分析1、测量误差在读数显微镜的测量过程中,可能存在人为的读数误差,如十字叉丝没有准确对准暗环的边缘。
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环的等厚干涉现象。
2. 学习利用牛顿环干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。
3. 深入理解光的干涉原理及其应用。
二、实验原理牛顿环干涉现象是等厚干涉的一个典型实例。
当一平凸透镜与一平板紧密接触时,在其间形成一层厚度逐渐增大的空气薄层。
当单色光垂直照射到该装置上时,经空气薄层上下表面反射的两束光发生干涉,形成明暗相间的同心圆环,称为牛顿环。
根据波动理论,设形成牛顿环处空气薄层厚度为d,两束相干光的光程差为ΔL = 2dλ/2,其中λ为入射光的波长。
当ΔL满足以下条件时:- ΔL = Kλ/2 (K为整数)时,形成明环;- ΔL = (2K+1)λ/2 (K为整数)时,形成暗环。
三、实验仪器1. 牛顿环仪:包括平凸透镜、平板、金属框架等。
2. 读数显微镜:用于观察和测量牛顿环的直径。
3. 单色光源:如钠光灯。
四、实验步骤1. 将平凸透镜和平板安装在金属框架上,确保两者紧密接触。
2. 调整显微镜,使其对准牛顿环装置。
3. 打开单色光源,调节其强度,使光线垂直照射到牛顿环装置上。
4. 观察并记录牛顿环的明暗相间的同心圆环,注意记录其直径。
5. 根据实验数据,计算平凸透镜的曲率半径。
五、实验数据及结果假设实验中测得牛顿环的直径分别为d1、d2、d3...dn,计算平均直径d_avg = (d1 + d2 + d3 + ... + dn) / n。
根据牛顿环干涉公式,有:ΔL = (2d_avgλ/2) = Kλ/2 或ΔL = (2K+1)λ/2解得曲率半径R:R = (λd_avg) / (2K) 或R = (λd_avg) / (2K+1)六、实验结果分析通过实验,我们观察到牛顿环的等厚干涉现象,并成功测量了平凸透镜的曲率半径。
实验结果表明,牛顿环干涉现象在光学测量中具有广泛的应用,如测量光学元件的曲率半径、检测光学系统的质量等。
七、实验总结1. 牛顿环干涉实验是研究等厚干涉现象的一个典型实例,通过实验,我们深入理解了光的干涉原理及其应用。
一、实验目的1. 观察牛顿环现象及其特点,加深对等厚干涉现象的认识和理解。
2. 学习利用牛顿环实验装置测量平凸透镜的曲率半径。
3. 掌握读数显微镜的使用方法。
二、实验原理牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验。
实验装置由一块曲率半径很大的平凸透镜和一块光学平板玻璃组成。
当平行单色光垂直照射到牛顿环装置上时,由于透镜与玻璃之间存在一层空气薄膜,光在薄膜的上下两个表面反射后发生干涉,形成一系列明暗相间的同心圆环,即牛顿环。
根据光的干涉理论,当光程差为波长的整数倍时,两束光相长干涉,形成明环;当光程差为半波长的奇数倍时,两束光相消干涉,形成暗环。
设牛顿环装置中空气薄膜的厚度为d,则两束反射光的光程差为:ΔL = 2nd + (m + 1/2)λ其中,n为空气的折射率,m为干涉级数,λ为入射光的波长。
根据牛顿环的特点,相邻两环的空气薄膜厚度差为λ/(2n),因此可以通过测量相邻两环的直径,计算出平凸透镜的曲率半径。
三、实验仪器与器材1. 牛顿环实验装置2. 平行光光源3. 读数显微镜4. 记录本和铅笔四、实验步骤1. 将牛顿环实验装置放置在实验台上,确保装置稳定。
2. 打开平行光光源,调整光束方向,使其垂直照射到牛顿环装置上。
3. 将读数显微镜调至合适位置,调整显微镜的焦距,使牛顿环清晰可见。
4. 观察牛顿环现象,记录下观察到的明暗相间的同心圆环。
5. 使用读数显微镜测量相邻两环的直径,记录数据。
6. 根据公式ΔL = 2nd + (m + 1/2)λ,计算出平凸透镜的曲率半径。
五、实验数据与结果1. 观察到的牛顿环现象:在牛顿环装置上观察到明暗相间的同心圆环,其中暗环较为明显。
2. 测量数据:- 第1环直径:d1 = 2.5 mm- 第2环直径:d2 = 5.0 mm- 第3环直径:d3 = 7.5 mm- 第4环直径:d4 = 10.0 mm- 第5环直径:d5 = 12.5 mm3. 计算平凸透镜的曲率半径:- 第1环:R1 = (d1^2 - d2^2) / (2λn) = (2.5^2 - 5.0^2) /(2×600×1.00) ≈ -1.96×10^-3 m- 第2环:R2 = (d2^2 - d3^2) / (2λn) = (5.0^2 - 7.5^2) /(2×600×1.00) ≈ -2.25×10^-3 m- 第3环:R3 = (d3^2 - d4^2) / (2λn) = (7.5^2 - 10.0^2) /(2×600×1.00) ≈ -2.55×10^-3 m- 第4环:R4 = (d4^2 - d5^2) / (2λn) = (10.0^2 - 12.5^2) /(2×600×1.00) ≈ -2.84×10^-3 m六、实验分析与讨论1. 牛顿环现象的观察结果符合理论预期,明暗相间的同心圆环清晰可见。
一、实验目的1. 观察和分析等厚干涉现象;2. 学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径;3. 掌握读数显微镜的使用方法。
二、实验原理等厚干涉是薄膜干涉的一种,当薄膜层的上下表面有一很小的倾角时,从光源发出的光经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。
牛顿环是等厚干涉的一个最典型的例子,其原理如下:牛顿环装置由一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块光学玻璃平板上构成。
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。
当平行单色光垂直照射到牛顿环上时,经空气层上、下表面反射的两光束存在光程差,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,称为牛顿环。
根据干涉原理,当空气层厚度为d时,两束相干光的光程差为ΔL = 2nd +(λ/2),其中n为空气折射率,λ为入射光的波长。
当ΔL为整数倍的波长时,产生明环;当ΔL为奇数倍的半波长时,产生暗环。
根据牛顿环的干涉条件,可以推导出牛顿环的半径与平凸透镜的曲率半径R之间的关系。
三、实验仪器与器材1. 牛顿环仪2. 读数显微镜3. 钠光灯4. 秒表5. 记录本四、实验步骤1. 将牛顿环仪放置在平稳的工作台上,调整读数显微镜使其对准牛顿环仪的中心。
2. 打开钠光灯,调整其亮度,使光线垂直照射到牛顿环仪上。
3. 观察牛顿环现象,记录明暗环的位置和数量。
4. 使用读数显微镜测量明暗环的半径,记录数据。
5. 重复实验步骤,取平均值。
五、数据处理1. 根据实验数据,计算明环和暗环的半径。
2. 根据牛顿环的干涉条件,推导出平凸透镜的曲率半径R的表达式。
3. 代入实验数据,计算平凸透镜的曲率半径R。
六、实验结果与分析1. 实验过程中观察到牛顿环现象,明暗环以接触点为中心,内疏外密。
2. 通过测量明暗环的半径,计算出平凸透镜的曲率半径R。
3. 实验结果与理论计算值基本一致,说明实验方法可靠。
等厚干涉牛顿环实验报告误差分析一、实验原理等厚干涉是薄膜干涉的一种,当一束平行光垂直入射到一块平面与一曲面接触所形成的空气薄膜上时,从薄膜上下表面反射的两束光会发生干涉。
牛顿环就是一种典型的等厚干涉现象,它是由一个曲率半径较大的平凸透镜放在一块平板玻璃上所形成的。
当光垂直入射时,在凸透镜的凸面和平板玻璃的上表面之间形成了一个厚度不均匀的空气薄膜。
在接触点处,薄膜的厚度为零,而随着远离接触点,薄膜的厚度逐渐增加。
由于同一干涉条纹对应的薄膜厚度相同,所以牛顿环呈现出明暗相间的同心圆环。
通过测量牛顿环的直径,并利用干涉条纹的间距与薄膜厚度的关系,可以计算出凸透镜的曲率半径。
二、实验仪器牛顿环实验装置(包括平凸透镜、平板玻璃、钠光灯、读数显微镜等)三、实验步骤1、将牛顿环装置放置在显微镜的载物台上,调节显微镜的目镜,使十字叉丝清晰可见。
2、调节显微镜的焦距,使牛顿环的图像清晰。
3、旋转目镜,使十字叉丝与牛顿环的圆心重合。
4、从牛顿环的中心向外,依次测量不同级次的暗环直径。
5、测量多次,取平均值。
四、误差来源分析1、测量仪器的误差读数显微镜的精度有限,可能导致测量的直径存在一定的误差。
例如,显微镜的刻度分辨率不够高,或者在读取刻度时存在视觉误差。
显微镜的物镜存在畸变,会使测量的图像发生变形,从而影响直径的测量结果。
2、实验环境的误差实验过程中,周围环境的振动可能会导致显微镜的位置发生微小变化,从而影响测量的准确性。
温度的变化会引起牛顿环装置的热胀冷缩,导致空气薄膜的厚度发生改变,进而影响干涉条纹的间距和直径。
3、操作误差在调节显微镜时,如果没有将十字叉丝与牛顿环的圆心精确重合,会导致测量的直径存在偏差。
测量暗环直径时,没有准确地测量到暗环的最暗点,或者测量的位置偏离了暗环的中心,都会带来误差。
4、牛顿环装置本身的误差平凸透镜和平板玻璃的表面可能存在微小的瑕疵或灰尘,影响干涉条纹的清晰度和准确性。
平凸透镜的曲率半径可能存在制造误差,导致实际的曲率半径与标称值不符。
牛顿环-等厚干涉标准实验报告
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实 验 报 告
学生姓名: 学 号: 指导教师: 实验地点: 实验时间: 一、实验室名称: 二、实验项目名称:牛顿环测曲面半径和劈尖干涉 三、实验学时: 四、实验原理: 1、等厚干涉
如图1所示,在C点产生干涉,光线11`和22`的光程差为 △=2d+λ/2
式中λ/2是因为光由光疏媒质入射到光密媒质上反射时,有一相位突变引起的附加光程差。
当光程差 △=2d+λ/2=(2k+1)λ/2, 即d=k λ/2时 产生暗条纹;
当光程差 △=2d+λ/2=2kλ/2, 即d=(k -1/2)λ/2时 产生明条纹;
因此,在空气薄膜厚度相同处产生同一级的干涉条纹,叫等厚干涉条纹。
2、用牛顿环测透镜的曲率半径
将一个曲率半径较大的平凸透镜的凸面置于一块光学平板玻璃上则
S
d
1 2
1` 2`
图1
C
可组成牛顿环装置。
如图2所示。
这两束反射光在AOB表面上的某一点E 相遇,从而产生E 点的干涉。
由于AOB 表面是球面,所产生的条纹是明暗相间 的圆环,所以称为牛顿环,如图3所示。
牛顿环
图3 图4
3、劈尖干涉
将两块光学平玻璃重叠在一起,在一端插入一薄纸片,则在两玻璃板间形成一空气劈尖,如图4所示。
K级干涉暗条纹对应的薄膜厚度为d=kλ/2 k=0时,d=0, 即在两玻璃板接触处为零级暗条纹;若在薄纸处呈现k =N 级条纹,则薄纸片厚度为 d ’=N λ/2 若劈尖总长为L,再测出相邻两条纹之间的距离为△x,则暗条纹总数为N=L /△x, 即 d ’=L λ/2 △x 。
五、实验目的:
深入理解光的等厚干涉及其应用,学会使用移测显微镜。
六、实验内容:
1、用牛顿环测透镜的曲率半径 2、用劈尖干涉法测薄纸片的厚度
A
B
E
O C r
R
图2
L
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七、实验器材(设备、元器件):
牛顿环装置,移测显微镜,两块光学平玻璃板,薄纸片,钠光灯及电源。
八、实验步骤:
1.用牛顿环测透镜的曲率半径
(1)在日光下,用手轻调牛顿环仪上的三个螺钉,使牛顿环位于其中心。
螺钉不要调得太紧(会压坏玻璃),也不要调得太松(牛顿环不稳定,容易移动,无法准确进行测量)。
此时用肉眼可以看到很小的彩色牛顿环。
(2)接通钠光灯电源,将牛顿环仪放在移测显微镜的载物台上,仔细调节移测显微镜,当出现清晰的牛顿环后,应左右移动镜筒,以便在读数范围内的牛顿环都清晰可测。
(3)首先找到牛顿环的中心环,然后由中心环开始向一侧移动显微镜,同时数出叉丝扫过的环数达到某一环(如第25环)后,再回转数环(5环以上,以便消除空转误差),此时即可开始测量,将显微镜沿一个方向移动,测出所有需测数据并记录.
2.用劈尖干涉法测薄片的厚度
(1)检查平行平面玻璃板上是否有灰尘、指纹,必要时可以用擦镜纸擦干净。
(2)把一侧夹有待测薄片或细丝的两块玻璃板放在移测显微镜的载物台上,调整显微镜,使视场中出现一系列清晰的明暗直条纹。
读数时要保证整个劈尖位于显微镜移测范围之内。
(3)首先测出劈尖长L,然后测量20个暗条纹的间距,最后计算出 即可由式d ’=L λ/2 △x 算出被测量。
九、实验数据及结果分析:
1.数据记录表格
牛顿环编号 N 003 环的级数 m 20 19 18 17 16 平
均
环的位置 (mm )
左 13.450 13.360 13.276 13.172
13.094
右 4.349 4.440 4.532 4.631 4.724 环的直径(mm)
m D
9.101 8.920 8.744 8.541 8.370 环的级数 n 10 9 8 7 6 环的位置 (mm)
左 12.040 11.920 11.790
11.654
11.510 右 5.391 5.520 5.645 5.784 5.927 环的直径(mm )
n D
6.649 6.400 6.145 5.870 5.583 22)(mm D m
82.828
79.566
76.458 72.949 70.057 22)(mm D n
44.209
40.9
60 37.761 34.457 31.170 2
22)(mm D D n m
-
38.619
38.606
38.697
38.492
38.887
38.660 λ
)(422n m D D R n
m --== 38.66.×10-6 / 4×10×590×10-9 =1.638 (m)
)
15(5)(2
22222)
(22-⎥⎦⎤
⎢⎣⎡---=
∑
-n m i n m D D D D D D S n
m = 0.065mm 2
3
)(22∆=
-n
m
D D u = 0.003 mm 2
2)(2)()(222222n
m n m n m D D D D D D u S ---+=σ = 0.260 mm2
λ
σσ)(4)
(22n m n
m
D D R -=
-= 0.011 m m2
R R R δ±==(1.64±0.01)m 2劈尖干涉
数据记录 被测量
测量次数
0x
(m m) i x
(mm ) n i x +
(mm ) L x
(mm ) 1 1.050 3.105 9.550 34.021 2 1.071 8.090 13.210 34.145 3 0.905 1.720 8.808 34.059 平均值
1.008
4.305
10.523
34.075
||1i i n x x L -=+= 6.218 ||0x x L L -== 33.067
L L n d n 2
λ
=
= 6.275×10-5 (m )
mm d d d )(σ±== (6.275×10-5±0.012) m 十、实验结论:
光的干涉在科研、生产和生活中有着广泛应用,如用来检查光学元件表面的光洁度和平整度,用来测量透镜的曲率半径和光波波长,用来测量微小厚度和微小角度等等。
通过本实验可以深刻地理解等厚干沙现象及其应用。
十一、总结及心得体会:
为了避免螺旋空程引入的误差,在整个测量过程中,鼓轮只能沿一个方向转动,稍有反转,全部数据应作废。
读数时应尽量使竖直叉丝
对准干涉条纹的中心,尽量测量远离中心的圆环,因为在接触处玻璃的弹性形变,将使中心附近的圆环发生移位。
由于计算及时只需知道环数差,因此,哪一条暗环作为第一环可以任意选择,一旦选定,在整个测量过程中就不能再改变。
十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议:
为了在实验中能清晰地看到牛顿环,建议使用高清晰度的移测显微镜。