牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、等厚干涉牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?1) 用牛頓環(huán)觀察和分析等厚干涉現(xiàn)象；(2) 學(xué)習(xí)利用干涉現(xiàn)象測(cè)量透鏡的曲率半徑；(3) 學(xué)會(huì)使用讀數(shù)顯微鏡測(cè)距。【實(shí)驗(yàn)原理】在一塊平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透鏡，使其凸面與平面相接觸，在接觸點(diǎn)附近就形成一層空氣膜。 當(dāng)用一平行的準(zhǔn)單色光垂直照射時(shí)， 在空氣膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接觸點(diǎn)為圓心的明暗相 間的環(huán)狀干涉圖樣，稱為牛頓環(huán)， 其光路示意圖如圖。定困難。用直徑 Dm、 Dn，有如果已知入射光波長(zhǎng)，并測(cè)得第 k級(jí)暗環(huán)的半徑 rk ，則可求得透鏡 的曲率半徑 R 。但實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于透鏡和平面玻璃接觸時(shí)，接觸點(diǎn)有 壓力產(chǎn)生

2、形變或有微塵產(chǎn)生附加光程差，使得干涉條紋的圓心和環(huán)級(jí)確Dm2 Dn24( m n)此為計(jì)算 R 用的公式，它與附加厚光程差、圓心位置、絕對(duì)級(jí)次無關(guān)，克服了由這些因素帶來的系統(tǒng)誤差，并且Dm、 Dn可以是弦長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)儀器】JCD3型讀數(shù)顯微鏡，牛頓環(huán)，鈉光燈，凸透鏡(包括三爪式透鏡夾和固定滑座 )【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、調(diào)整測(cè)量裝置按光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用儀器的讀數(shù)顯微鏡使用說明進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整時(shí)注意：(1) 調(diào)節(jié) 450 玻片，使顯微鏡視場(chǎng)中亮度最大，這時(shí)，基本上滿足入射光垂直于透鏡 的要求 (下部反光鏡不要讓反射光到上面去 )。(2) 因反射光干涉條紋產(chǎn)生在空氣薄膜的上表面， 顯微鏡應(yīng)對(duì)上表面調(diào)焦才能找到清晰的干

3、涉圖像。（3）調(diào)焦時(shí)， 顯微鏡筒應(yīng)自下而上緩慢地上升， 直到看清楚干涉條紋時(shí)為止， 往下移 動(dòng)顯微鏡筒時(shí)，眼睛一定要離開目鏡側(cè)視，防止鏡筒壓壞牛頓環(huán)。（4）牛頓環(huán)三個(gè)壓緊螺絲不能壓得很緊，兩個(gè)表面要用擦鏡紙擦拭干凈。2、觀察牛頓環(huán)的干涉圖樣（1）調(diào)整牛頓環(huán)儀的三個(gè)調(diào)節(jié)螺絲，在自然光照射下能觀察到牛頓環(huán)的干涉圖樣，并 將干涉條紋的中心移到牛頓環(huán)儀的中心附近。 調(diào)節(jié)螺絲不能太緊， 以免中心暗斑太大， 甚至 損壞牛頓環(huán)儀。（ 2）把牛頓環(huán)儀置于顯微鏡的正下方，使單色光源與讀數(shù)顯微鏡上45 角的反射透明玻璃片等高，旋轉(zhuǎn)反射透明玻璃 ，直至從目鏡中能看到明亮均勻的光照。（ 3）調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十

4、字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)物鏡直至觀察到清晰的 干涉圖樣。移動(dòng)牛頓環(huán)儀，使中心暗斑（或亮斑）位于視域中心，調(diào)節(jié)目鏡系統(tǒng)，使叉絲橫 絲與讀數(shù)顯微鏡的標(biāo)尺平行， 消除視差。 平移讀數(shù)顯微鏡， 觀察待測(cè)的各環(huán)左右是否都在讀 數(shù)顯微鏡的讀數(shù)范圍之內(nèi)。3、測(cè)量牛頓環(huán)的直徑（ 1）選取要測(cè)量的 m和 n（各 5環(huán)），如取 m 為 55，50，45，40，35，n為 30，25，20， 15，10。（ 2）轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪。先使鏡筒向左移動(dòng)，順序數(shù)到55 環(huán)，再向右轉(zhuǎn)到 50 環(huán)，使叉絲盡量對(duì)準(zhǔn)干涉條紋的中心，記錄讀數(shù)。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使叉絲依次與45，40 ，35，30，25， 20，15，10，環(huán)對(duì)準(zhǔn)，順次

5、記下讀數(shù)；再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使叉絲依次與圓心右10，15， 20，25，30， 35，40，45， 50，55 環(huán)對(duì)準(zhǔn)，也順次記下各環(huán)的讀數(shù)。注意在一次測(cè)量 過程中，測(cè)微鼓輪應(yīng)沿一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，中途不得反轉(zhuǎn)，以免引起回程差。4、算出各級(jí)牛頓環(huán)直徑的平方值后， 用逐差法處理所得數(shù)據(jù)， 求出 直徑平方差的平均值 代入公式求出透鏡的曲率半徑，并算出誤差。 注意：（1）近中心的圓環(huán)的寬度變化很大，不易測(cè)準(zhǔn)，故從K=lO 左右開始比較好；（2）m-n 應(yīng)取大一些，如取 m-n=25 左右，每間隔 5 條讀一個(gè)數(shù)。（3）應(yīng)從 O數(shù)到最大一圈，再多數(shù) 5 圈后退回 5圈，開始讀第一個(gè)數(shù)據(jù)。（4）因?yàn)榘导y容易

6、對(duì)準(zhǔn)，所以對(duì)準(zhǔn)暗紋較合適。（5）圈紋中心對(duì)準(zhǔn)叉絲或刻度尺的中心，并且當(dāng)測(cè)距顯微鏡移動(dòng)時(shí)，叉絲或刻度尺的某根線與圈紋相切 （都切圈紋的右邊或左邊 ）。【 數(shù)據(jù)記錄與處理 】凸透鏡曲率半徑測(cè)量數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)表取 m n 25 5.893 10 7m ，儀器誤差 5 10 6m R標(biāo) 0.8551m（ R標(biāo) 值以實(shí)驗(yàn)時(shí)用的牛頓環(huán)的曲率半徑值為準(zhǔn)）1） 透鏡曲率半徑測(cè)量數(shù)據(jù)環(huán)數(shù)XLXRDm10 3m環(huán)數(shù)XLXRDn 10 3 m22Dm2 D n26210 6 m2Dm2 Dn210 6 m21R( 10 1 m)m10 3m10 3mn310 m10 3 m5530相對(duì)不確定度百分差40150.68%2.

7、3%35102）確定平凸透鏡凸面曲率半徑的最佳值D55X L 55X R55(29.76518.931)10 3 m10.834 103mD50X L 50X R50(29.52619.110)10 3 m10.416 103mD45XL 45X R45(29.26319.426)10 3 m9.834103mD40XL 40X R40(28.99819.692)10 3 m9.306103mD35X L35X R 35(28.70119.972)10 3 m8.72910 3 mD30X L 30X R 30(28.41720.278)10 3 m8.13910 3mD25XL25X R25

8、(28.17720.013)10 3m7.463103mD20X L 20X R20(27.72520.963)10 3m6.76210 3mD15X L15X R15(27.29921.388)310 m5.911310 mD10X L10X R10(26.82221.856)310 3 m5.01710 3mD552D302(10.834228.139)26210 m51.1326210 mD502D252(10.416227.463)26210 m52.7976210 mD452D2022(9.834226.762)210 6 m250.98210 6m2D402D152(9.30625

9、.911)210 6m251.66010 6 m2D352D102(8.72925.017)210 6 m251.02510 6 m22令 Dm2Dn2M51.132 52.797 50.982 51.660 51.025 6 2 M10 6 m2551.519 10 6 m2曲率半徑的最佳值D m2 Dn251.519 10 6R7 mm4(m-n) 4 25 5.893 10 7 3)不確定度計(jì)算0.8743mA 類不確定度：SMn (Mi M )2n1(51.132 51.519)2 (52.797 51.519)2 (50.982 51.519)2 (51.660 51.519)2 (

10、51.025 51.519)26 210 m51620.29 10 mB 類不確定度：儀器誤差：5 10 6 mDmDn2儀右 2儀左 2 儀 2 5 10 6m 7 10 6mBM22 Dm D n(2Dm Dm)2 (2Dn Dn )2(20.1910.834 0.007)2 (2 8.139 0.007)2 10 6m2 =6210 m33注：取值最大值， Dm D55 10 m ， Dn D30 10 mMSM2BM 2 (0.29)2 (0.19)2 10 6m2 0.35 10 6m2M 故 R 4( m n)0.35 10 6 7 m 6.0 10 3m4 25 5.893 10 74）寫出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：R R R (8.743 0.060) 10 1m相對(duì)不確定度：R 6.0 10 3ER R 3 100 0.68%R R 874.3 10 3R R標(biāo)3855.1 10 33100% (874.3855.1) 3 10100%2.3%百分差： ERR標(biāo)注意：百分差要在 5.0% 以內(nèi)?！菊`差分析】1、觀察牛頓環(huán)時(shí)將會(huì)發(fā)現(xiàn)， 牛頓環(huán)中心不是一點(diǎn)， 而是一個(gè)不甚清晰的暗或 亮的圓斑。 其原因是透鏡和平玻璃板接觸時(shí)， 由于接觸壓力引起形變， 使接觸處 為一圓面； 又鏡面上可能有微小灰塵等存在， 從而引起附加的程差， 這都會(huì)