光的等厚干涉現(xiàn)象研究

1、實(shí)驗(yàn)六 等厚干涉現(xiàn)象的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察牛頓環(huán)產(chǎn)生的等厚干涉條紋，加深對(duì)等厚干涉現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。2掌握測(cè)量平凸透鏡曲率半徑的方法。實(shí)驗(yàn)儀器JXD B型讀數(shù)顯微鏡，牛頓環(huán)儀，鈉光燈。儀器構(gòu)造說(shuō)明JXD B型讀數(shù)顯微鏡JXD B型讀數(shù)顯微鏡的構(gòu)造、操作方法，見(jiàn)光學(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)中常用儀器構(gòu)造與調(diào)節(jié)的有關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)認(rèn)真閱讀。牛頓環(huán)儀牛頓環(huán)儀是由曲率半徑約為200700厘米的待測(cè)平凸透鏡L和磨光的平玻璃板P疊和裝在金屬框架F中構(gòu)成，如圖561所示?？蚣苓吷嫌腥齻€(gè)螺旋H，用來(lái)調(diào)節(jié)L和P之間的接觸，以改變干涉條紋的形狀和位置。調(diào)節(jié)H時(shí)，螺旋不可旋得過(guò)緊，以免接觸壓力過(guò)大引起透鏡彈性形變，甚至損壞透鏡。實(shí)驗(yàn)原理如圖

2、562所示，在平面玻璃板BB上放置一曲率半徑為R的平凸透鏡AOA，兩者之間便形成一層空氣薄層。當(dāng)用單色光垂直照射下來(lái)時(shí)，從空氣上下兩個(gè)表面反射的光束1和光束2 在空氣表面層附近相遇產(chǎn)生干涉，空氣層厚度相等處形成相同的干涉條紋，這種干涉現(xiàn)象稱為等厚干涉。此等厚干涉條紋最早由牛頓發(fā)現(xiàn)，故稱為牛頓環(huán)。在干涉條紋上，光程差相等處，是以接觸點(diǎn)O為中心，半徑為r的明暗相間的同心圓，r、h、R三者關(guān)系為（561）因 Rh（R為幾米，h為幾分之一厘米）。所以光程差為 （562）即 （563）（563）式是進(jìn)入透鏡的光束，光束先由透鏡凸面反射回去，光束2穿過(guò)透鏡進(jìn)入空氣膜后，由平面玻璃板反射形成的光程差，式中/

3、2為額外光程差。在反射光中見(jiàn)到的亮環(huán) （564）在反射光中見(jiàn)到的暗環(huán) （564）式中=0，1，2，, 從上觀察，以中心暗環(huán)為準(zhǔn)，則有 （565）可見(jiàn)，測(cè)出條紋的半徑r，依（565）式便可計(jì)算出平凸透鏡的半徑R。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容觀察牛頓環(huán)（）接通鈉光燈電源使燈管預(yù)熱。（）將牛頓環(huán)裝置放置在讀數(shù)顯微鏡鏡筒下，鏡筒置于讀數(shù)標(biāo)尺中央約25厘米處。（）待鈉光燈正常發(fā)光后，調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡下底座平臺(tái)高度（底座可升降），使45度玻璃片正對(duì)鈉燈窗口，并且同高。（）在目鏡中觀察從空氣層反射回來(lái)的光，整個(gè)視場(chǎng)應(yīng)較亮，顏色呈鈉光的黃色，如果看不到光斑，可適當(dāng)調(diào)節(jié)45度玻璃片的傾斜度（一般實(shí)驗(yàn)室事先已調(diào)節(jié)好，不可隨意調(diào)節(jié)）及平

4、臺(tái)高度，直至看到反射光斑，并均勻照亮視場(chǎng)。（）調(diào)節(jié)目鏡，在目鏡中看到清晰的十字準(zhǔn)線的像。（）轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡調(diào)節(jié)手輪，調(diào)節(jié)顯微鏡鏡筒與牛頓環(huán)裝置之間的距離。先將鏡筒下降，使45度玻璃片接近牛頓環(huán)裝置但不能碰上，然后緩慢上升，直至在目鏡中看到清晰的十字準(zhǔn)線和牛頓環(huán)像。測(cè)量21環(huán)到30環(huán)的直徑（）粗調(diào)儀器，移動(dòng)牛頓環(huán)裝置，使十字準(zhǔn)線的交點(diǎn)與牛頓環(huán)中心重合。（）放松目鏡緊固螺絲（該螺絲應(yīng)始終對(duì)準(zhǔn)槽口），轉(zhuǎn)動(dòng)目鏡使十字準(zhǔn)線中的一條線與標(biāo)尺平行，即與鏡筒移動(dòng)方向平行。（）轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)鼓輪，鏡筒將沿著標(biāo)尺平行移動(dòng)，檢查十字準(zhǔn)線中豎線與干涉環(huán)的切點(diǎn)是否與十字準(zhǔn)線交點(diǎn)重合，若不重合，按步驟（）、（）再仔細(xì)調(diào)節(jié)（

5、檢查左右兩側(cè)測(cè)量區(qū)域）。（）把十字準(zhǔn)線移到測(cè)量區(qū)域中央（25環(huán)左右），仔細(xì)調(diào)節(jié)目鏡及鏡筒的焦距，使十字準(zhǔn)線像與牛頓環(huán)像無(wú)視差。（）轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪，觀察十字準(zhǔn)線從中央緩慢向左（或向右）移至37環(huán)，然后反方向自37環(huán)向右移動(dòng)，當(dāng)十字準(zhǔn)線豎線與30環(huán)外側(cè)相切時(shí)，記錄讀數(shù)顯微鏡上的位置讀數(shù)然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，使豎線依次與29、28、27、26、25、24、23、22、21環(huán)外側(cè)相切，并記錄讀數(shù)。過(guò)了21環(huán)后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，并注意讀出環(huán)的順序，直到十字準(zhǔn)線回到牛頓環(huán)中心，核對(duì)該中心是否是 k = 0。（）繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)讀數(shù)鼓輪，越過(guò)干涉圓環(huán)中心，記錄十字準(zhǔn)線與右邊第21、22、23、24、25、26、27、

6、28、29、30環(huán)內(nèi)外切時(shí)的讀數(shù)，注意從37環(huán)移到另一側(cè)30環(huán)的過(guò)程中鼓輪不能倒轉(zhuǎn)。然后再反向轉(zhuǎn)動(dòng)鼓輪，并讀出反向移動(dòng)時(shí)各暗環(huán)次序，并核對(duì)十字準(zhǔn)線回到牛頓環(huán)中心時(shí)是否是0。（）按上述步驟重復(fù)測(cè)量3次，將牛頓暗環(huán)位置的讀數(shù)填入自擬表中。數(shù)據(jù)處理方法如圖563所示，因圓心處的位置無(wú)法確定，故先測(cè)出OLn，OL3，OL2，OL1之間的距離，再讀出OL1，OL2 OLn，其中OL1- OL1為 k1 級(jí)的圓環(huán)直徑D1。同理可得k2, k3, kn的圓環(huán)直徑。 采用多項(xiàng)逐差法處理：首先把實(shí)驗(yàn)所測(cè)得Dk的數(shù)據(jù)分為 A 、B 兩組A 組:D1 ,D2 ,D3 Da Dm B 組: Dm+1 ,Dm+2 ,D

7、m+3 Db D2m 于是可將（565）式改為=得= （566）= （567）將（566）和（567）兩式相減得 （568）（568）式中，為兩組中的對(duì)應(yīng)項(xiàng)，且（恒值）步驟（）列出原始測(cè)量數(shù)據(jù)。（）計(jì)算各環(huán)位置讀數(shù)的平均值，并列在表中。（）計(jì)算各環(huán)的直徑，并列在表中。（）計(jì)算各環(huán)的直徑平方，并列在表中。（）求（）用（568）式求出R的值。（）計(jì)算出、相對(duì)誤差及絕對(duì)誤差的數(shù)值。注意事項(xiàng)使用讀數(shù)顯微鏡時(shí)，為避免引進(jìn)螺距差，移測(cè)時(shí)必須向同一方向旋轉(zhuǎn)，中途不可倒退。調(diào)節(jié)H時(shí)，螺旋不可旋得過(guò)緊，以免接觸壓力過(guò)大引起透鏡彈性形變。實(shí)驗(yàn)完畢應(yīng)將牛頓環(huán)儀上的三個(gè)螺旋松開(kāi)，以免牛頓環(huán)變形。思考題牛頓環(huán)干涉條紋一定會(huì)成為圓環(huán)形狀嗎？其形成的干涉條紋定域在何處？從牛頓環(huán)儀