^涉法測(cè)微小量創(chuàng)建人：系統(tǒng)管理員總分：100實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)習(xí)掌握利用光的干涉原理檢驗(yàn)光學(xué)元件表面集合特征的方法用劈尖的等厚干涉測(cè)量細(xì)絲直徑的方法，同時(shí)加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)儀器低頻信號(hào)發(fā)生器、示波器、超聲聲速測(cè)定儀、頻率計(jì)等實(shí)驗(yàn)原理1、用牛頓環(huán)測(cè)平凸透鏡的曲率半徑圖1.牛頓環(huán)干涉條紋的形成當(dāng)曲率很大的平凸透鏡的凸面放在一平面玻璃上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一組以o為中心的明暗相接的同心圓環(huán)，稱為牛頓環(huán)。如圖，1、2兩束光的光成差A(yù)=25+^，式中九為入射光的波長(zhǎng)，5是空氣層厚度，空氣折射率nx1。如果第m個(gè)暗環(huán)處空氣厚度為5m，則有故得到：5m=mg利用幾何關(guān)系有7=彳+匿一并根據(jù)無(wú)』得到與二條聯(lián)系以上兩式m有匕-次R久換成直徑,并考慮第洸十注個(gè)環(huán)和第皿個(gè)環(huán)」有二4｛即十回發(fā)五，二4/血?五，故月_「總_比4ka那么測(cè)量出力.百口 無(wú)可以根據(jù)這個(gè)表達(dá)式得到R口2、劈尖的等厚干涉測(cè)細(xì)絲直徑圖2.劈尖干涉條紋的形成兩片疊在一起的玻璃片，在它們的一端口夾一直徑待測(cè)的細(xì)絲，于是兩片玻璃之間便形成一空氣劈尖。當(dāng)用單色光垂直照射時(shí)，會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。因?yàn)楣獬滩钕嗟鹊牡胤绞瞧叫袃刹Ａ痪€的直線，所以等厚干涉條紋是一組明暗相間的、平行于交線的直線。設(shè)入射光波長(zhǎng)為九，則得到第m級(jí)暗紋處空氣劈尖的的厚度d=m?g。由此可知，m=0時(shí)，d=0，即在兩玻璃片交線處，為零級(jí)暗條紋。如果在細(xì)絲處呈現(xiàn)m=N級(jí)條紋，則待測(cè)細(xì)絲直徑d=N--o2°

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、測(cè)平凸透鏡的曲率半徑（1）觀察牛頓環(huán)1）將牛頓環(huán)儀按圖3所示放置在讀數(shù)顯微鏡鏡筒和入射光調(diào)節(jié)木架的玻璃片的下方，木架上的透鏡要正對(duì)著鈉光燈窗口，調(diào)節(jié)玻璃片角度，使通過顯微鏡目鏡觀察時(shí)視場(chǎng)最亮。圖3.圖3.觀測(cè)牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置圖2）調(diào)節(jié)目鏡，看清目鏡視場(chǎng)內(nèi)的十字叉絲后，使顯微鏡筒下降到接近玻璃片，然后緩慢上升，直到觀察到干涉條紋，再微調(diào)玻璃片角度及顯微鏡，使條紋更清楚。（2）測(cè)牛頓環(huán)直徑1）使顯微鏡的十字叉絲交點(diǎn)與牛頓環(huán)中心重合，并使水平方向的叉絲與標(biāo)尺平行（與顯微鏡筒移動(dòng)方向平行）。2）轉(zhuǎn)動(dòng)顯微鏡測(cè)微鼓輪，使顯微鏡沿一個(gè)方向移動(dòng)，同時(shí)數(shù)出十字叉絲豎絲移過的暗環(huán)數(shù)，直到豎絲與第35環(huán)相切為止。，然后繼3）反向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，當(dāng)豎絲與第35環(huán)相切時(shí)，記錄讀書顯微鏡上的位置讀數(shù)，然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使豎絲依次與第25、20、15、10、5環(huán)相切，順次記下讀數(shù)d25,d20,d15,d10,d5。4）繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，越過干涉圓環(huán)中心，記下豎絲依次與另一邊的5、10、15、20、25、30環(huán)相切時(shí)的讀數(shù)d5,%%d20,d25,d3。。5）重復(fù)測(cè)量?jī)纱危瑢?shí)驗(yàn)共測(cè)得三組數(shù)據(jù)。

（3）用逐差法處理數(shù)據(jù)第30環(huán)直徑D=d-d'，同理，可求出D25，D20....D5,式（7）中，取n=15,求出30 30 30 25 20 5D25-D2，代入式（7）中計(jì)算R和R的標(biāo)準(zhǔn)差。2、測(cè)細(xì)絲直徑（1）觀察干涉條紋將劈尖盒放在曾放置牛頓環(huán)的位置，同前法調(diào)節(jié)，觀察到干涉條紋，使條紋最清晰。（2）測(cè)量1）調(diào)節(jié)顯微鏡及劈尖盒的位置，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪使鏡筒移動(dòng)時(shí)，十字叉絲的豎絲要保持與條紋平行。2）在劈尖面的三個(gè)不同部分，測(cè)出20條暗紋的總長(zhǎng)必，測(cè)三次求其平均值及單位長(zhǎng)度的干涉條紋數(shù)n=20。l3）測(cè)劈尖兩玻璃片交線處到夾細(xì)線處的總長(zhǎng)度L，測(cè)三次，求平均值。,入入20人4）由公式求細(xì)絲直徑d=N-—=L,n~=L--—?—o2 2 Al23、計(jì)算涉及相關(guān)公式1）直接測(cè)量量的不橘定公式,PR.95,均=1,9由,PR.95,均=1,9由rW時(shí),Xt=2.57fn=3時(shí),七尸4,於%=4^ 丫拗T）力直接測(cè)量量不確定合成公式3網(wǎng)=JhJj期不確定傳遞公式F寸閨工:…工）門2—n*4）曲率半徑員三一=—E4nz數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一：測(cè)平凸透鏡曲率半徑總分值：45干涉環(huán)直徑平均值D=干涉環(huán)直徑平均值D=Z2''m,⑴計(jì)算干涉環(huán)半徑及不確定度、=430此=1.96= =D_005mmC=3?（不計(jì)分）原始測(cè)量數(shù)據(jù)如下（表格中數(shù)據(jù)單位均為mm）:?（15分）干涉環(huán)的直徑環(huán)數(shù)30252015105口平均值（mm）Ud(mm)（2）計(jì)算D2-D2及不確定度m+15 m相關(guān)公式：不確定度%乙_圮二丹京二聲萬(wàn)萬(wàn)而黑--比JS-1=4%_麾『+謂哈鹿『+（%_/，3（6分）根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果如下：m51015D2—D2(mm2)m+15m(5分)D2—D2(mm2)=m+15 m?(3分)u (mm2)=D2—D2m+15m（3）計(jì)算R=D+「D;及不確定度4n九相關(guān)公式曲率半徑是M不確定度仁二菽七

（8分）已知光波長(zhǎng)589.3nm,平凸透鏡曲率半徑的平均值R（m）=（6分）平凸透鏡曲率半徑的不確定度ur（m）=（2分）故平凸透鏡曲率半徑的最終表達(dá)式為R（單位：m）=實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二：測(cè)細(xì)絲直徑總分值：30?（不計(jì)分）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二：測(cè)細(xì)絲直徑總分值：30?（不計(jì)分）劈尖長(zhǎng)度L（mm）=測(cè)細(xì)絲直徑條府拽怵度氏冷"口 平均值『=X3?（不計(jì)分?（不計(jì)分）光波長(zhǎng)（nm）=?（9分）20條暗紋長(zhǎng)度（三次測(cè)量，mm）:（4分）伸展不確定度Ul（mm）=(6分)那么細(xì)絲直徑平均值d(mm)=(5分)那么細(xì)絲直徑不確定度ud(mm)=(1分)細(xì)絲直徑最終結(jié)果為：d(mm)=思考題 總分值：15思考題1 總分值：10參看下圖，從空氣膜上下表面反射的光線相遇在D處發(fā)生相干