《實驗四、牛頓環(huán)》PPT課件

1、 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 d由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成22d光程差光程差 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 實驗室中的牛頓環(huán)是由待測平凸透鏡半徑實驗室中的牛頓環(huán)是由待測平凸透鏡半徑約約200900cmL和透明平板玻璃和透明平板玻璃P疊合裝在金屬框疊合裝在金屬框架架F之中構(gòu)成的，如圖上圖所示。邊框上有三個螺旋之中構(gòu)成的，如圖上圖所示。邊框上有三個螺旋H，用以調(diào)理，用以調(diào)理L和和P之間的接觸，以改動干涉條紋的外之間的接觸，以改動干涉條紋的外形和位置，調(diào)理形和位置，調(diào)理H時不可旋的

2、過緊，以免接觸壓力過時不可旋的過緊，以免接觸壓力過大引起透鏡彈性變形，甚至損壞透鏡大引起透鏡彈性變形，甚至損壞透鏡 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 牛頓環(huán)實驗安裝牛頓環(huán)實驗安裝牛頓環(huán)干涉圖樣牛頓環(huán)干涉圖樣顯微鏡顯微鏡SLRrd M半透半透半反鏡半反鏡圖圖0-4T 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 R22222)(ddRdRRr02ddRRdRr)2(222 d光程差光程差), 2 , 1(kk明紋明紋), 1 , 0()21(kk暗紋暗紋rdRkr)21( kRr 暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑 波動光學(xué)波動光學(xué)

3、牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 4運用例子:可以用來丈量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等，怎樣檢測？ 1從反射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？ 從透射光中觀測，中心點是暗點還是亮點？2屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3將牛頓環(huán)置于將牛頓環(huán)置于 的液體中，條紋如何變？的液體中，條紋如何變？1n), 2 , 1 , 0(k暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑), 3 , 2 , 1(kRkr)21( kRr 結(jié)結(jié)論論思索思索 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 RrkRrk2Rmkrmk)(2mrr

4、Rkmk22r2)(212122kkrrRkk 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 例例1 用氦氖激光器發(fā)出的波長為用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光的單色光做牛頓環(huán)實驗，測得第做牛頓環(huán)實驗，測得第k個個 暗環(huán)的半徑為暗環(huán)的半徑為5.63mm , 第第 k+5 暗環(huán)的半徑為暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑，求平凸透鏡的曲率半徑R.解解kRrkRkrk)5(52255kkrrRm0 .10nm6335)mm63. 5()mm96. 7(522225kkrrR 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 SL1n

5、2nh 例例2 如下圖為丈量油膜折射率的實驗安裝如下圖為丈量油膜折射率的實驗安裝 , 在平在平面玻璃片面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長 的單色光垂直入射下，從反射光中可察看到油膜所構(gòu)的單色光垂直入射下，從反射光中可察看到油膜所構(gòu)成的干涉條紋成的干涉條紋 . 知玻璃的折射率，知玻璃的折射率，50. 11n20. 12nnm100 . 82hnm600 問：當油膜中問：當油膜中心最高點與玻璃片的上外心最高點與玻璃片的上外表相距表相距 時，時，干涉條紋如何分布？可見干涉條紋如何分布？可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚厚 ? 中心點的明

6、暗程度如中心點的明暗程度如何何 ? 假設(shè)油膜展開條紋如假設(shè)油膜展開條紋如何變化何變化?, 油膜的折射率油膜的折射率G 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 解解 1條紋為同心圓條紋為同心圓22nkdk）（, 2 , 1 , 0k油膜邊緣油膜邊緣0, 00dk明紋明紋kdnk22明紋明紋hrRodnm250, 11dknm500,22dk 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 rRohd222)(dhRrR)(22dhRr)( 22dhrRnm750, 33dknm1000,44dk 當當油滴展開時，條紋間距變油滴展開時，條紋間

7、距變大，條紋數(shù)減少大，條紋數(shù)減少. 由于由于 故可察看到四條明紋故可察看到四條明紋 .nm100 .82h 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 1干涉條紋為光程差一樣的點的軌跡，即厚干涉條紋為光程差一樣的點的軌跡，即厚度相等的點的軌跡度相等的點的軌跡1knd2ddnb2db 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 2厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距條紋不等間距,n3條紋的動態(tài)變化分析條紋的動態(tài)變化分析 變化時變化時 劈尖角劈尖角 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡

8、曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 干涉條紋的挪動演示干涉條紋的挪動演示 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 1、掌握用牛頓環(huán)測定透鏡曲率半徑的方法；2、掌握讀數(shù)顯微鏡的調(diào)理和運用；3、經(jīng)過實驗加深對等厚干涉原理的了解。 1、讀數(shù)顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡 編號：編號： 2、 Na光源光源 編號：編號： 3、 牛頓環(huán)牛頓環(huán) 編號：編號： 【實驗儀器】【實驗儀器】 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 一、牛頓環(huán)構(gòu)造簡介 牛頓環(huán)是由待測平凸透鏡牛頓環(huán)是由待測平凸透鏡L L和和透明平板玻璃透明平板玻璃P P疊合裝在金屬框架疊合裝在金屬框架F

9、F之中構(gòu)成的，如圖右圖所示。邊之中構(gòu)成的，如圖右圖所示。邊框上有三個螺旋框上有三個螺旋H H，用以調(diào)理，用以調(diào)理L L和和P P之間的接觸，以改動干涉條紋的之間的接觸，以改動干涉條紋的外形和位置。外形和位置。 牛頓環(huán)是一種振幅分割的干涉儀器，雖然實驗牛頓環(huán)是一種振幅分割的干涉儀器，雖然實驗安裝較簡單，卻可以丈量平凸、平凹透鏡中的大曲安裝較簡單，卻可以丈量平凸、平凹透鏡中的大曲率半徑，且精度較高，相對誤差小于率半徑，且精度較高，相對誤差小于0.2% 。 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 當透鏡的凸面與平玻璃板接觸時，在透鏡的凸面與平玻璃板之間構(gòu)成空氣薄膜，離

10、接觸點等間隔的地方，厚度一樣。如圖42所示，假設(shè)以波長為 的單色平行光投射到這種安裝上，那么由空氣膜上下外表反射的光波將相互關(guān)涉，構(gòu)成干涉條紋為膜的等厚各點的軌跡，這種干涉是一種等厚干涉，其干涉圖像如圖43所示。 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 由前面知識可知：)(212122kkrrRkkmrrRkmk22或或【實驗內(nèi)容及步驟】【實驗內(nèi)容及步驟】 1 1、借助室內(nèi)燈光用眼睛察、借助室內(nèi)燈光用眼睛察看牛頓環(huán)，調(diào)理螺釘使干涉看牛頓環(huán)，調(diào)理螺釘使干涉環(huán)位于透鏡的中心。環(huán)位于透鏡的中心。 2 2、將儀器按圖、將儀器按圖4 45 5所示的所示的表示圖安裝好，點亮鈉燈表示圖安裝好，點亮鈉燈S S，調(diào)理玻璃片調(diào)理玻璃片G G的高低及傾斜角的高低及傾斜角度，從顯微鏡視場中看到黃度，從顯微鏡視場中看到黃色亮堂的視場。色亮堂的視場。 44 波動光學(xué)波動光學(xué) 牛頓環(huán)牛頓環(huán)干涉測定透鏡曲率半徑干涉測定透鏡曲率半徑 3 3、調(diào)理顯微鏡、調(diào)理顯微鏡M M的目鏡，的目鏡，看到明晰的叉絲，將顯微看到明晰的叉絲，將顯微鏡對準牛頓環(huán)的中心，上鏡對準牛頓環(huán)的中心，上下挪動顯微鏡鏡筒，對干下挪動顯微鏡鏡筒，對干涉條紋進展調(diào)焦。涉條紋進展調(diào)焦。 4 4、用顯微鏡丈量干涉條、用顯微鏡丈量干涉條紋的半徑。紋的半徑。 取取1010，可從可從4040環(huán)測到環(huán)測到2020環(huán)，先測環(huán)，先測