牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)課件第一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日光的等厚干涉——牛頓環(huán)、劈尖1.干涉條紋的成因及特點(diǎn)2.牛頓環(huán)測(cè)定透鏡曲率半徑原理3.讀數(shù)顯微鏡的調(diào)整和使用4.牛頓環(huán)透鏡組5.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與數(shù)據(jù)處理6.誤差分析第二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日17世紀(jì)初，物理學(xué)家牛頓在考察肥皂泡及其他薄膜干涉現(xiàn)象時(shí)，把一個(gè)玻璃三棱鏡壓在一個(gè)曲率已知的透鏡上，偶然發(fā)現(xiàn)干涉圓環(huán)，并對(duì)此進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和研究。他發(fā)現(xiàn)，用一個(gè)曲率半徑大的凸透鏡和一個(gè)平面玻璃相接觸，用白光照射時(shí)，其接觸點(diǎn)出現(xiàn)明暗相間的同心彩色圓圈，用單色光照射，則出現(xiàn)明暗相間的單色圓圈。這是由于光的干涉造成的，這種光學(xué)現(xiàn)象被稱為“牛頓環(huán)”。

第三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日托馬斯·楊是波動(dòng)光學(xué)的奠基者之一。他發(fā)現(xiàn)利用透明物質(zhì)薄片同樣可以觀察到干涉現(xiàn)象，進(jìn)而引導(dǎo)他對(duì)牛頓環(huán)進(jìn)行研究，他用自己創(chuàng)建的干涉原理解釋牛頓環(huán)的成因和薄膜的彩色，并第一個(gè)近似地測(cè)定了七種色的光的波長(zhǎng)，從而完全確認(rèn)了光的周期性，為光的波動(dòng)理論找到了又一個(gè)強(qiáng)有力的證據(jù)。第四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日牛頓環(huán)干涉條紋的成因光程差：第k級(jí)暗條紋的半徑為:由干涉條件:明環(huán)暗環(huán)由圖可見:第五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日

牛頓環(huán)干涉條紋的特點(diǎn)1.分振幅、等厚干涉；2.明暗相間的同心圓環(huán)；3.級(jí)次中心低、邊緣高；4.間隔中心疏、邊緣密；5.同級(jí)干涉，波長(zhǎng)越短,條紋越靠近中心。

第六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日牛頓環(huán)測(cè)透鏡曲率半徑的原理①透鏡凸面與平板玻璃表面間并非理想的點(diǎn)接觸，難以準(zhǔn)確判斷干涉級(jí)次k；②讀數(shù)顯微鏡目鏡中的‘十字叉絲’不易做到與干涉條紋嚴(yán)格相切。

測(cè)量時(shí)不用

原因：dA1dA2dB2dB1Dk+mDk第七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡由顯微鏡與移動(dòng)測(cè)量裝置組成顯微鏡由目鏡、分劃板和短焦距物鏡組成第八頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日讀數(shù)顯微鏡的成像光路F1F1F2F2f1f2△L視角放大率：

M=0.25△／f1f2目鏡物鏡叉絲平面明視距離第九頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日

顯微鏡調(diào)焦第一步：旋轉(zhuǎn)目鏡F1F1目鏡物鏡叉絲平面明視距離F2F2F2F2F2F2使十字叉絲成象在明視距離處第十頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日

顯微鏡調(diào)焦第二步：調(diào)節(jié)升降螺旋叉絲平面明視距離目鏡物鏡F1F1F2F2成虛象范圍使物成象在與叉絲象相同的平面上第十一頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日讀數(shù)顯微鏡的視差成因：叉絲與物的象不共面消除方法：仔細(xì)調(diào)焦叉絲像平面物像平面視差共面無視差第十二頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日螺母載物平臺(tái)或顯微鏡讀數(shù)顯微鏡的空程誤差空程誤差1015螺尺螺桿螺桿螺尺510屬系統(tǒng)誤差，由螺母與螺桿間的間隙造成；消除方法：測(cè)量時(shí)只往同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)螺尺第十三頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日牛頓環(huán)透鏡組合用凸—凹透鏡組合R1用凸—凸透鏡組合用凹—凹透鏡組合第十四頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日牛頓環(huán)的應(yīng)用◎牛頓環(huán)等厚干涉條紋的形狀反映了兩個(gè)光學(xué)表明間距變化情況。利用牛頓環(huán)可以檢測(cè)光學(xué)球面（或平面）的加工質(zhì)量。◎根據(jù)本實(shí)驗(yàn)原理，已知曲率半徑的牛頓環(huán)可測(cè)定單色光的波長(zhǎng)。◎在牛頓環(huán)儀的鏡面充滿透明的液體光學(xué)介質(zhì)，就可以測(cè)量其折射率n第十五頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.啟動(dòng)鈉光燈電源。2.調(diào)節(jié)牛頓環(huán)裝置。3.前后左后移動(dòng)讀數(shù)顯微鏡，也可輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)鏡筒上的反光玻璃。直至眼睛看到顯微鏡視場(chǎng)較亮.·4.用顯微鏡觀察干涉條紋。

5.調(diào)節(jié)目鏡看清目鏡筒中的叉絲

6.轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使十字叉絲交點(diǎn)接近牛頓環(huán)中心.7.轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪使叉絲超過第33環(huán)，然后倒回到

30環(huán)開始讀數(shù).依次記錄從左30~21,

右21~30各環(huán)相對(duì)位置讀數(shù).8.計(jì)算結(jié)果.第十六頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法逐差法加權(quán)平均逐差法最小二乘法作圖法第十七頁，共十九頁，編輯于2023年，星期日誤差的主要來源與分析1.條紋的定位精度（偶然誤差）定位誤差的大小在條紋寬度的1/5~1/10。

解決辦法：取級(jí)次較高的環(huán)進(jìn)行測(cè)量。2.叉絲不平的影響（系統(tǒng)誤差）顯微鏡叉絲與顯微鏡移動(dòng)方向不平行產(chǎn)生的誤差。

解決辦法：改直徑測(cè)量為弦長(zhǎng)測(cè)量。3.平凸透鏡的不穩(wěn)定性（偶然誤差/系統(tǒng)誤差）由固定螺絲的松緊度不同造成。

解決辦法：鏡間加很薄的環(huán)形墊圈進(jìn)