1、 光的干涉法光的干涉法测透镜曲率半径测透镜曲率半径 17 17世纪初，物理学家牛顿发现世纪初，物理学家牛顿发现，用一个曲率半径大的凸透镜和，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这则出现明暗相间的单色圆圈。这是由于光的干涉造成的是由于光的干涉造成的,这种光学这种光学现象被称为现象被称为“牛顿环牛顿环”。实验目的实验目的实验原理实验原理实验仪器实验仪器实验内容实验内容数据记录及数据记录及处理处理主要内容主要内容实验目
2、的观察光的等厚干涉现象用干涉法测量平凸透镜的曲率半径学习使用读数显微镜用逐差法处理实验数据实验原理实验原理将曲率半径较大的平凸透镜将曲率半径较大的平凸透镜A A放在一块光学玻璃放在一块光学玻璃B B上，上，A A、B B之之间形成一厚度变化的空气薄膜。间形成一厚度变化的空气薄膜。空气薄膜厚度从中心接触点到四空气薄膜厚度从中心接触点到四周边缘逐渐增加。周边缘逐渐增加。当波长为当波长为的的单色光垂直照射单色光垂直照射到此空气薄膜时，则一部分在空到此空气薄膜时，则一部分在空气气薄膜薄膜的上表面反射，一部分在的上表面反射，一部分在空气空气薄膜薄膜下表面反射，两束反射下表面反射，两束反射光产生了光程差，
3、相遇发生干涉。光产生了光程差，相遇发生干涉。空气厚度相同的点组成空气厚度相同的点组成一系列同心圆，因此，通过一系列同心圆，因此，通过显微镜观察时，可以看到明显微镜观察时，可以看到明暗相间、间隔逐渐减小的同暗相间、间隔逐渐减小的同心环，称为心环，称为“牛顿环牛顿环”，是，是等厚干涉形成的条纹。等厚干涉形成的条纹。根据光路，单色平行光束通根据光路，单色平行光束通过平凸透镜过平凸透镜C C点分成两部分，一点分成两部分，一部分反射，一部分透射，透射部分反射，一部分透射，透射光穿过空气薄膜到达光穿过空气薄膜到达D D点，在点，在D D点又被反射，点又被反射，C C、D D两点反射的两点反射的光束产生光程
4、差光束产生光程差 。光从光疏介质向光密介质垂光从光疏介质向光密介质垂直反射时（直反射时（D D点）。产生半波损点）。产生半波损失，所以总光程差为：失，所以总光程差为：2(1)2nCDn空气中2nCD22r22rCDRR),2,1,0(2kkRrk第第k k级暗条纹的半径为级暗条纹的半径为:光程差光程差：22nCD由干涉条件由干涉条件:22(21)2kk 明环明环 暗环暗环222Rr()RCD由图可见由图可见:224()mnDDmn Rn-nnDddm-mmDdd牛顿环测透镜曲率半径的原理牛顿环测透镜曲率半径的原理224()mnDDRmn实验仪器实验仪器 钠光灯是一种气体放电灯。在钠光灯是一种气
5、体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。放电管内充有金属钠和氩气。钠光在可见光范围内两条谱线的钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为波长分别为589.59nm589.59nm和和589.00nm589.00nm。这两条谱线很接近，所以可以把它这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源，并取其平均值视为单色光源，并取其平均值589.30nm589.30nm为波长。为波长。1.1.启动钠光灯电源启动钠光灯电源(预热预热)。2.2.牛顿环装置的调节。调节牛顿环上的三个螺丝松紧适中，牛顿环装置的调节。调节牛顿环上的三个螺丝松紧适中，直到目测到牛顿环图像处于牛顿环仪中间。直到目测到牛顿环图像处于牛顿环仪中
6、间。将牛顿环仪将牛顿环仪放到物镜下方的载物台上。放到物镜下方的载物台上。3.3.前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的反光前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的反光玻璃。直至眼睛看到显微镜视场较亮。玻璃。直至眼睛看到显微镜视场较亮。实验实验内容（简化）内容（简化）4.4.调节升降台高度和水平、调节调节升降台高度和水平、调节4545平板玻璃方向、将平板玻璃方向、将载物台下方的平面镜的反射面向下，使光源对准目镜下端载物台下方的平面镜的反射面向下，使光源对准目镜下端的的4545半反玻璃，这时光垂直照在牛顿环仪装置上，此半反玻璃，这时光垂直照在牛顿环仪装置上，此时通过目镜可以看到明亮的黄色
7、背景。时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。5.5.调节读数显微镜的水平调节手轮至初始读数刻度约调节读数显微镜的水平调节手轮至初始读数刻度约25cm25cm；调节目镜至清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移；调节目镜至清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移动显微镜调焦手轮（为防止压坏被测物体和物镜，不得由动显微镜调焦手轮（为防止压坏被测物体和物镜，不得由上向下移动！），至看清牛顿干涉环。小心移动牛顿环仪上向下移动！），至看清牛顿干涉环。小心移动牛顿环仪至从目镜观察到等厚干涉花样至从目镜观察到等厚干涉花样牛顿环的中心与叉丝的中牛顿环的中心与叉丝的中心重合。心重合。6.6.转动水平调节手轮，使叉丝竖线依次经过
8、第转动水平调节手轮，使叉丝竖线依次经过第1 1级暗环、级暗环、2 2、3 3、，直到第，直到第4040级暗环。然后倒回到叉丝竖线与级暗环。然后倒回到叉丝竖线与3939级级暗环相切时开始读数，根据数据记录表，沿刚才的方向暗环相切时开始读数，根据数据记录表，沿刚才的方向（不许倒转）转动水平调节手轮依次记录叉丝竖线与左侧（不许倒转）转动水平调节手轮依次记录叉丝竖线与左侧其它各级级暗环相切时的读数其它各级级暗环相切时的读数,继续沿着不变的方向转动水继续沿着不变的方向转动水平调节手轮至环的右侧，同样读取叉丝竖线与各级级暗环平调节手轮至环的右侧，同样读取叉丝竖线与各级级暗环相切时的读数。相切时的读数。7.
9、7.实验结束，整理仪器，计算结果及其不确定度。实验结束，整理仪器，计算结果及其不确定度。数据记录（填入实验报告表格）曲率半径计算：不确定度评定：224()mnDDRmn 按照书本要求取按照书本要求取m-n=20m-n=20，将数据分成，将数据分成1010组，求出曲率半径组，求出曲率半径R R。由传递关系计算由传递关系计算R R的不确定度。的不确定度。不确定度有效数字取不确定度有效数字取1 1位。位。数据记录与处理数据记录与处理注意事项：1、在测量过程中，鼓轮应沿同一方向转动，以防止产生回程差2、对物镜调焦时，应使物镜筒从最低点自下而上缓慢地调节，以免损坏仪器3、显微镜筒标尺位置预先置于可移动范
10、围的重点，以避免超出测量范围4、测量过程，不要碰触牛顿环和震动试验台，以免影响测量准确性应用1、判断透镜表面凹凸2、精确检验光学元件表面质量3、测量液体折射率1.1.有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？2.2.实验中，若平板玻璃上有微小的凸起，则凸起实验中，若平板玻璃上有微小的凸起，则凸起处的干涉条纹发生变化。此时干涉条纹如何变化？处的干涉条纹发生变化。此时干涉条纹如何变化？思考题思考题半波损失波传播过程中，遇到光疏介质反射，反波传播过程中，遇到光疏介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。波由光射点入射波与反射波有相同的相位。波由光密介质反射，反射点入射波与反射波的相位密介质反射，反射点入射波与反射波的相位差差，光程差为，光程差为/2，即产生了半波损失。，即产生了半波损失。对光波说，来自大折射率介质的反射具对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。有半波损失。返回返回
