牛顿环

绪论 课 题 等厚干涉的应用—牛顿环 教 学 目 的 1、了解牛顿环等厚干涉的原理及观察方法。 2、学会使用测量显微镜。 3、学会用干涉法测牛顿环的曲率半径。 重 难 点 1、了解牛顿环等厚干涉的原理 2、学会用干涉法测牛顿环的曲率半径 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合 学 时 3个学时 一、前言 光的干涉现象表明光具有波动性。利用透明薄膜上下面对入射光的依次反射，光 的振幅将分解为有一定光程差的几部分，它们在相遇时便产生干涉。上下表面的两束 反射光在相遇处的光程差取决于反射处薄膜的厚度，且同一级干涉条纹所对应的薄膜 厚度相同，这种干涉称为等厚干涉。 利用等厚干涉，可以测量微小角度，测量长度的微小改变及检查加工元器件表面 的质量等。 二、实验原理 如右图所示，一块曲率半径较大的凸透镜 的凸面置于一光学平面玻璃上时，二者之间 形成空气间隙。间隙厚度从中心向四周逐步 增加。当单色平行光垂直照射时，入射光在 空气间隙的上下表面反射。由于空气间隙的 厚度不同，便有不同的光程差。厚度相同的 地方，干涉效果相同。用测量显微镜进行观 察，可以看到明暗相间、环间距向外逐渐减 小的同心环。 垂直射在牛顿环上的单色平行光线，入射到 、 两点后分别反射回来，两反射光产生了 的光程 差，加上光从光疏媒质射向光密媒质的分界面反射 时的半波损失，光在 点、 点先后反射所产生的 光程差为 由图中的几何关系知 由于 ，略去二级小量 ，则有 将上式代入光程差公式得 根据光的干涉明暗条纹的条件，两束光的光程差 时，干涉相消出现暗 纹。联立以上公式有 整理后得 由于牛顿环的级数 和环的中心都很难准确确定，故在实际的测量中，常将上式变形。 对 级暗环 ；对 级暗环 ，两式相减得 故 将上式中的半径换成直径得 上式为用牛顿环测凸透镜曲率半径的实验公式。 三、实验仪器 J-50型测量显微镜，牛顿环仪，钠光灯（附电源） 四、实验内容与步骤 1、调试牛顿环仪，使其位于透镜正中，环无畸变且最小。 2、将牛顿环放到测量显微镜的载物台上，调节光源前的半反射镜，使钠黄光充满整 个望远镜的视场。 3、调显微镜目镜对十字叉丝聚焦，看到清晰的分划板上的十字叉丝。移动牛顿环， 找到牛顿环。 4、旋转调焦受轮对牛顿环聚焦，使环的成像最清晰，且像与分划板上的叉丝无视差。 5、移动牛顿环使十字叉丝与牛顿环中心大致相合，测量牛顿环直径。 五、数据表格与数据处理 钠光波长： 牛顿环暗环直径 1、计算曲率半径 2、计算不确定度 为了简化起见，不考虑 类不确定度分量，有 由于对准也会引起误差，取其误差限为0.2，若它服从正态分布，则 合成的不确定度 实验结果 六、注意事项 1、调试牛顿环时，切勿将螺丝拧得过紧，否则会导致玻璃变形甚至破裂。 2、在旋转调焦手轮对牛顿环聚焦时，镜筒只能由下往上调节三，反之有碰坏物镜和 牛顿环的危险。 3、测量中测微鼓轮只能沿一个方向转动，这样才能消除螺距空回量带来的误差。 七、教学后记 1、提醒学生不要用手触摸光学器件的表面。 2、在测量暗环半径时，注意强调量测微鼓轮只能沿一个方向转动，这样才能消除螺 距空回量带来的误差 3、实验报告填写时，要强调测量结果的化表达式、不确定度的计算、实验后思 考题的回答。