牛頓環(huán)試驗(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?！緦?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(chēng)為牛頓環(huán)，其光路示意圖如圖。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,則可求得透鏡定困難。用直徑Dm、Dn ,有的曲率半徑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)生形變或有微塵產(chǎn)生附加

2、光程差，使得干涉條紋的圓心和環(huán)級(jí)確DDm-D；R 4(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(wú)關(guān)，克服了由這些因素帶來(lái)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)?！緦?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(shuō)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(mǎn)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 清晰的干涉圖像。(3)

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(kāi)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心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，使十字叉絲清晰；自下而上調(diào)節(jié)

4、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)，順次記下讀數(shù)；再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微鼓輪，使叉絲依次與

5、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(guò)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)，求出殍布。 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(kāi)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(kāi)始讀第一個(gè)數(shù)據(jù)。(4) 因?yàn)榘导y容易對(duì)準(zhǔn)，所以對(duì)準(zhǔn)暗紋較合適。，(5) 圈紋

6、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)?！緮?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 兀=5.893x10'm，儀器誤差5勺0艄m 居=0.8551m (麻值以實(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)XlXrDm加環(huán)數(shù)XlXrDnX10%Dm -D2K10“m2Dm2- Dn2 x10*m2日0<10常)m>10%>10%nK10%X10-m5529.76518.93110.8343028.41720.2788.13951.13251.52 土 0.358

7、.743 ± 0.0605029.52619.11010.4162528.17720.0137.46352.7974529.26319.4299.8342027.72520.9636.76250.982相對(duì)不確定度百分差4028.99819.6929.3061527.29921.3885.91151.6600.68%2.3%3528.70119.9728.7291026.82221.8565.01751.025(2)確定平凸透鏡凸面曲率半徑的最佳值_ 3D55 =XL55 XR55 =(29.765 18.931) 10 m =10.834 10 m_ _3D50 =XL50 XR5

8、0 =(29.52619.110) 10 m=10.416 10 m-3-3D45 =Xl45Xr45 =(29.263 19.426) 10 m = 9.834 10 mD40 =Xl4°Xr4° =(28.99819.692) 10 遛m = 9.306 10“mD35=XL35-XR35=(28.701-19.972)10% =8.72910%D30=XL3。一 XR30=(28.41720.278)10m =8.13910mD25=XL25-XR25=(28.17720.013)10% =7.46310%D20=XL20-XR20=(27.72520.963)10%

9、 =6.76210%D15=XL15XR15=(27.29921.388)10，m =5.91110；m-33D10 =Xl1° -Xr1° =(26.822 -21.856) 10 m =5.017 10 mD552 D302 =(10.83#8.139)2 10±m2 =51.132 10"m2D502 -D252 =(10.41酒 一7.463)2 10'm2 =52.797 10%2D452 -D202 =(9.8342 一6.762)2 10偵=50.982 10”m2D402 -D152 =(9.3062 -5.911)2 10*m2

10、 =51.660 10m2D352 - D102 = (8.7292 -5.017)2 10"m2 =51.025 1°'m2令Dm2_Dn2 =M51.132 52.797 50.982 51.660 51.025 _6 26 2M = 10 m =51.519 10 m曲率半徑的最佳值-Dm"2R=4(m-n) ,(3)不確定度計(jì)算51.519 10°7 mm = 0.8743m4 25 5.893 10A類(lèi)不確定度:Smn '' (Mi -M)2=i1n -122222(51.132 -51.519)(52.797 -51.

11、519)(50.982 -51.519) (51.660-51.519) (51.025-51.519)210 m51=0.29 10&m2B類(lèi)不確定度:儀器誤差：儀=5“0"m%m =%n = Ja* 右 + A* 左=72儀=V><<10_6 = <10_6m、M = '(2Dm、m)2 (2Dn、n)2m n= ：；(2 10.834 0.007)2 (2 8.139 0.007)2 10*m2 = 0.19 10*m2注：Dmo.Dn取值最大值,Dm =。55= 10.834 ><10瑚m , Dn= D30 = 8.139

12、><10<m w =.駕 上BM，= (0.29)2 (0.19)2 10*m2 =0.35 10-m2M0.35 10-6. 3r = =-j m = 6.0 10 m故 4(m-n)，4 25 5.893 10(4)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：R=R±Ar =(8.743 ±0.060)x10"m3R 6.0 10相對(duì)不確定度：ER="=3 100 =0.68%R R 874.3 103百分差：ER = 氏 婦00%= (874.3-855.1)；10 -100% = 2.3%R 標(biāo)855"10心注意：百分差要在 5.0%以?xún)?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)不甚活晰的暗或 亮的圓斑。其原因是透鏡和平玻璃板接觸時(shí)，由丁接觸壓力引起形變，使接觸處 為一圓面；乂鏡面上可能