1、1牛頓環(huán)測(cè)平凸透鏡曲率半徑 光學(xué)實(shí)驗(yàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)2主要內(nèi)容主要內(nèi)容簡(jiǎn)簡(jiǎn) 介介 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理3簡(jiǎn)介 牛頓環(huán)是一種光的牛頓環(huán)是一種光的等厚干涉等厚干涉現(xiàn)象。牛頓現(xiàn)象。牛頓對(duì)牛頓環(huán)作了精確的定量測(cè)定，可以說(shuō)已對(duì)牛頓環(huán)作了精確的定量測(cè)定，可以說(shuō)已經(jīng)走到了光的波動(dòng)說(shuō)的邊緣，但由于過(guò)分經(jīng)走到了光的波動(dòng)說(shuō)的邊緣，但由于過(guò)分偏愛(ài)他的微粒說(shuō)，始終無(wú)法正確解釋這個(gè)偏愛(ài)他的微粒說(shuō)，始終無(wú)法正確解釋這個(gè)現(xiàn)象。直到現(xiàn)象。直到19世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家托馬斯世紀(jì)初，英國(guó)科學(xué)家托馬斯 楊才用光的波動(dòng)說(shuō)完滿(mǎn)的解釋了牛頓環(huán)楊才用光的波動(dòng)說(shuō)完滿(mǎn)的解釋了牛頓環(huán)現(xiàn)象?，F(xiàn)象。4實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察牛頓環(huán)干涉條紋的特點(diǎn)，加深對(duì)光的觀察牛頓環(huán)干涉條

2、紋的特點(diǎn)，加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。 掌握利用牛頓環(huán)測(cè)量平凸透鏡曲率半徑的掌握利用牛頓環(huán)測(cè)量平凸透鏡曲率半徑的方法。方法。 學(xué)習(xí)使用讀數(shù)顯微鏡。學(xué)習(xí)使用讀數(shù)顯微鏡。5牛頓環(huán)牛頓環(huán)將一曲率半徑相當(dāng)大的將一曲率半徑相當(dāng)大的平凸玻璃透鏡放在一平面玻平凸玻璃透鏡放在一平面玻璃的上面，則在兩者之間形璃的上面，則在兩者之間形成一個(gè)厚度隨直徑變化的空成一個(gè)厚度隨直徑變化的空氣隙。氣隙?？諝庀兜目諝庀兜牡群窀缮娴群窀缮鏃l紋條紋是一組明暗相間的同心環(huán)。是一組明暗相間的同心環(huán)。該干涉條紋最早被牛頓發(fā)現(xiàn)，該干涉條紋最早被牛頓發(fā)現(xiàn)，所以稱(chēng)為牛頓環(huán)（所以稱(chēng)為牛頓環(huán)（Newton -Newton -ringr

3、ing）牛頓環(huán)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理6平凸透鏡的曲率半徑計(jì)算平凸透鏡的曲率半徑計(jì)算 在空氣厚度為在空氣厚度為e e的地方，上的地方，上下表面反射的光的光程差為下表面反射的光的光程差為2e+/2，其中前一項(xiàng)為幾何光其中前一項(xiàng)為幾何光程差，后一項(xiàng)是程差，后一項(xiàng)是“半波損失半波損失”。 光程差為光程差為(2k+1) /2處為干處為干涉暗條紋涉暗條紋，得到曲率半徑計(jì)算得到曲率半徑計(jì)算公式：公式：2222()4()mnmnrrDDRmnmnoRr re12實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理7實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)公式實(shí)驗(yàn)公式 測(cè)量牛頓環(huán)直徑，計(jì)算平凸透鏡測(cè)量牛頓環(huán)直徑，計(jì)算平凸透鏡曲率半徑曲率半徑R。8儀器介紹儀器介紹

4、鈉燈鈉燈 平凸透鏡平凸透鏡 讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡9鈉燈鈉燈 鈉光燈是一種氣體放電燈。在放電管內(nèi)鈉光燈是一種氣體放電燈。在放電管內(nèi)充有金屬鈉和氬氣。開(kāi)啟電源的瞬間，氬充有金屬鈉和氬氣。開(kāi)啟電源的瞬間，氬氣放電發(fā)出粉紅色的光。氬氣放電后金屬氣放電發(fā)出粉紅色的光。氬氣放電后金屬鈉被蒸發(fā)并放電發(fā)出黃色光。鈉被蒸發(fā)并放電發(fā)出黃色光。 鈉光在可見(jiàn)光范圍內(nèi)兩條譜線的波長(zhǎng)鈉光在可見(jiàn)光范圍內(nèi)兩條譜線的波長(zhǎng)分別為分別為589.59nm589.59nm和和589.00nm589.00nm。這兩條譜線。這兩條譜線很接近，所以可以把它視為單色光源，并很接近，所以可以把它視為單色光源，并取其平均值取其平均值589.30n

5、m589.30nm為波長(zhǎng)。為波長(zhǎng)。 10平凸透鏡平凸透鏡 平凸透鏡與平板玻璃組合成牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)樣品。平凸透鏡與平板玻璃組合成牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)樣品。平凸透鏡平凸透鏡平板玻璃平板玻璃11讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡 目鏡目鏡物鏡物鏡上下移動(dòng)旋鈕上下移動(dòng)旋鈕水平移動(dòng)旋鈕水平移動(dòng)旋鈕讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)標(biāo)尺讀數(shù)盤(pán)讀數(shù)盤(pán)12操作要點(diǎn)操作要點(diǎn) 儀器布置儀器布置 觀測(cè)牛頓環(huán)觀測(cè)牛頓環(huán) 測(cè)量直徑測(cè)量直徑13儀器布置儀器布置14觀測(cè)牛頓環(huán)觀測(cè)牛頓環(huán)光源對(duì)準(zhǔn)目鏡筒上的光源對(duì)準(zhǔn)目鏡筒上的4545平板玻璃，調(diào)節(jié)平板平板玻璃，調(diào)節(jié)平板玻璃方向，使光垂直照在平凸透鏡裝置上。此玻璃方向，使光垂直照在平凸透鏡裝置上。此時(shí)通過(guò)目鏡可以看到明亮的黃色背

6、景。時(shí)通過(guò)目鏡可以看到明亮的黃色背景。調(diào)節(jié)目鏡清晰地看到十字叉絲，然后調(diào)節(jié)目鏡清晰地看到十字叉絲，然后由下向上由下向上移動(dòng)顯微鏡鏡筒（為防止壓壞被測(cè)物體和物鏡，移動(dòng)顯微鏡鏡筒（為防止壓壞被測(cè)物體和物鏡，不得由上向下移動(dòng)?。?，看清牛頓干涉環(huán)。不得由上向下移動(dòng)?。?，看清牛頓干涉環(huán)。 15測(cè)量牛頓環(huán)直徑測(cè)量牛頓環(huán)直徑叉絲中心對(duì)準(zhǔn)圓心。取叉絲中心對(duì)準(zhǔn)圓心。取m=35，n=25。選擇暗條紋測(cè)量，橫向。選擇暗條紋測(cè)量，橫向改變顯微鏡筒位置，使叉絲由第改變顯微鏡筒位置，使叉絲由第35圈外向第圈外向第35圈移動(dòng)直至叉圈移動(dòng)直至叉絲交點(diǎn)與絲交點(diǎn)與第第35圈圈重合，讀取重合，讀取d左左（35）位置，繼續(xù)朝同一方向

7、）位置，繼續(xù)朝同一方向移動(dòng)叉絲邊移動(dòng)邊讀數(shù)至第移動(dòng)叉絲邊移動(dòng)邊讀數(shù)至第16圈圈d左左（16） ；仍按原方向移；仍按原方向移動(dòng)叉絲（為防止產(chǎn)生空程差），越過(guò)中央暗環(huán)，按同樣方法動(dòng)叉絲（為防止產(chǎn)生空程差），越過(guò)中央暗環(huán)，按同樣方法讀取讀取d右右（16）至至d右右（35） ；列表并求出暗環(huán)的直徑：；列表并求出暗環(huán)的直徑：D2i+10-D2i，其中，其中i從從25到到16。16數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄（自行設(shè)計(jì)表格）（自行設(shè)計(jì)表格） 曲率半徑計(jì)算曲率半徑計(jì)算 不確定度評(píng)定不確定度評(píng)定17曲率半徑計(jì)算和不確定度曲率半徑計(jì)算和不確定度取)()10()(22kdkdky2)(2)10(2)()(2

8、)10(2kdkdkyUkdUkdU)()()(kdkdkd右左22)(2)(2)(2BkdkdkdUUUU右左每一環(huán)直徑對(duì)應(yīng)的不確定度一次測(cè)量的不確定度3/)()(BkdkdUUU右左=0.01 mm18考慮權(quán)重因子，采取加權(quán)平均法處理權(quán)重因子2)(1)(kyUkp加權(quán)平均值)()()(kpkykpyppy的不確定度為)() 110()()(2kpkyykpUpyp曲率半徑和不確定度分別為：104pyR104pyRUU2021等厚干涉等厚干涉單色平行光照射到薄介質(zhì)上，介質(zhì)單色平行光照射到薄介質(zhì)上，介質(zhì)上下表面反射的光會(huì)在膜表面處發(fā)生干上下表面反射的光會(huì)在膜表面處發(fā)生干涉。在介質(zhì)厚度相等的各點(diǎn)，兩束反射涉。在介質(zhì)厚度相等的各點(diǎn)，兩束反射光有相同的相位差，具有相同的干涉光光有相同的相位差，具有相同的干涉光強(qiáng)度，形成同一個(gè)干涉條紋，這就是等強(qiáng)度，形成同一個(gè)干涉條紋，這就是等厚干涉厚干涉。 22半波損失半波損失波傳播過(guò)程中，遇到光疏介質(zhì)反波傳播過(guò)程中，遇到光疏介質(zhì)反射，反射點(diǎn)入射波與反射波有相同的射，反射點(diǎn)入射波與反射波