实验十四 用牛顿环测透镜曲率半径
牛顿环是牛顿在1675年所做的著名实验。牛顿环是等厚干涉的一种,它在光学计量、基本物理量测量等方面有广泛的应用:用牛顿环测定光波的波长、透镜曲率半径,用牛顿环来检验磨制透镜的质量等。
实验目的
1、加深对光的干涉原理的理解;
2、观察和研究光的等厚干涉现象及其特点;
3、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法。
实验仪器
牛顿环仪、读数显微镜、单色光源(钠灯)、玻璃片。
实验原理
牛顿环仪是由待测平凸透镜L(曲率半径约为200—700 cm)和磨光的平玻璃板P叠合装在金属框架F中构成(图一),框架上有三个螺旋H,用以调节L和P之间的接触,改变干涉环纹的形状和位置。调节H时,螺旋不可旋的过紧,以免接触压力过大引起透镜弹性形变,甚至损坏透镜。
如图二所示.将曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一光学平面玻璃上,在透镜和平面之间形成空气膜,以平行单色光垂直照射时,经空气膜层上,下两表面反射的两束光发生干涉,在空气膜上表面出现一组干涉条纹。干涉条纹是以接触点O为圆心的一系列同心圆环,称为牛顿环。
在图中,设r为牛顿环某环的半径,e为与该环对应的空气膜层的厚度。考虑到光在空气膜下表面反射的光,是从光疏介质(空气)入射到光密介质(玻璃),有半波损失,而在空气膜上表面反射的光,是从光密介质入射到光疏介质,无半波损失。所以在空气膜上、下表面反射的两束反射光的光程差为
(1)
在直角三角形AOC中,有
从而得
考虑到e<
题
1、如果将纳光灯换为白光光源,所看到的牛顿环将会有何特点?
2、为什么说读数显微镜测量的是牛顿环的直径,而不是牛顿环放大像的直径?
3、为何牛顿环不一样宽,而且随级数增加而减少?怎样可测准D?
附:读数显微镜的光学部分是一个长焦距的显微镜,通过上下移动可以调节聚焦。转动鼓轮能够左右平移滑动台,由滑动台上的读数可以确定被测物体的长度,其读数方法与螺旋测微计一样。使用时应防止物镜触及待测物体。
图一 牛顿环仪
图二 测量原理
图三 实验装置
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