大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告-牛頓環(huán)法測(cè)曲率半徑

大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱牛頓環(huán)法測(cè)曲率半徑班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：日期：牛頓環(huán)法測(cè)曲率半徑實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)會(huì)用牛頓環(huán)測(cè)定透鏡曲率半徑。2.正確使用讀書顯微鏡，學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)原理如下圖所示，在平板玻璃面DCF上放一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡ACB，C點(diǎn)為接觸點(diǎn)，這樣在ACB和DCF之間，形成一層厚度不均勻的空氣薄膜，單色光從上方垂直入射到透鏡上，透過透鏡，近似垂直地入射于空氣膜。分別從膜的上下表面反射的兩條光線來自同一條入射光線，它們滿足相干條件并在膜的上表面相遇而產(chǎn)生干涉，干涉后的強(qiáng)度由相遇的兩條光線的光程差決定，由圖可見，二者的光程差等于膜厚度e的兩倍。此外，當(dāng)光在空氣膜的上表面反射時(shí)，是從光密媒質(zhì)射向光疏媒質(zhì)，反射光不發(fā)生相位突變，而在下表面反射時(shí)，則會(huì)發(fā)生相位突變，即在反射點(diǎn)處，反射光的相位與入射光的相位之間相差p，與之對(duì)應(yīng)的光程差為l/2，所以相干的兩條光線還具有l(wèi)/2的附加光程差，總的光程差為（1）當(dāng)D滿足條件（2）時(shí)，發(fā)生相長干涉，出現(xiàn)第K級(jí)亮紋，而當(dāng)（k=0,1,2…）（3）時(shí)，發(fā)生相消干涉，出現(xiàn)第k級(jí)暗紋。因?yàn)橥患?jí)條紋對(duì)應(yīng)著相同的膜厚，所以干涉條紋是一組等厚度線?？梢韵胍姡缮鏃l紋是一組以C點(diǎn)為中心的同心圓，這就是所謂的牛頓環(huán)。如圖所示，設(shè)第k級(jí)條紋的半徑為，對(duì)應(yīng)的膜厚度為，則（4）數(shù)據(jù)記錄及處理總結(jié)(包括結(jié)論、誤差分析、建議等)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)測(cè)得平凹透鏡的曲率半徑R=1.549m。建議：在觀察前先清潔牛頓環(huán)的表面，使觀察時(shí)視野清晰。誤差分析：在觀察牛頓環(huán)時(shí)，暗條紋有一定的寬度，人為控制十字叉絲在暗條紋中間時(shí)會(huì)帶來誤差；儀器本身誤差和讀數(shù)估讀誤差。思考題1．牛頓環(huán)產(chǎn)生的干涉屬于薄膜干涉，在牛頓環(huán)中薄膜在什么位置？答：透鏡和玻璃板之間夾成的空氣薄膜。2．為什么牛頓環(huán)產(chǎn)生的干涉條紋是一組同心圓環(huán)？答：等厚度的集合是圓，跟著半徑方向明暗相間就是環(huán)了牛頓環(huán)產(chǎn)生的干涉條紋在什么位置上？相干的兩束光線是哪兩束？答：在透鏡下表面。兩束光是：1.透鏡下表面反射光2.透過透鏡、空氣劈尖在玻璃板反射的光。在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中，如果直接用暗紋公式測(cè)平凸透鏡凸面的曲率半徑，有什么問題？答：直接用暗紋公式計(jì)算曲率半徑需要確定某條紋對(duì)應(yīng)的級(jí)數(shù)。而在實(shí)際情況下，由于玻璃的彈性形變及接觸處不干凈等因素，透鏡和玻璃板之間不可能是一個(gè)理想的點(diǎn)接觸。這樣一來，干涉環(huán)的圓心就很難確定，而且在接觸處，到底包含了幾級(jí)條紋也難以知道，這樣級(jí)數(shù)k也無法確定，所以該公式無法運(yùn)用。在使用讀數(shù)顯微鏡時(shí)，怎樣判斷是否消除了視差？使用時(shí)最主要的注意事項(xiàng)是什么？答：從目鏡觀測(cè)時(shí)，前后左右調(diào)整眼與目鏡的位置，若看到的叉絲與圖像之間沒有相對(duì)移動(dòng)，則視察消除。使用時(shí)最主要的注意事項(xiàng)是為避免損壞目鏡，先讓物鏡靠近牛頓裝置的上表面，然后用眼睛看著顯微鏡，同時(shí)由下向上調(diào)節(jié)筒身。在光學(xué)中有一種利用牛頓環(huán)產(chǎn)生的原理來判斷被測(cè)透鏡凹凸的簡(jiǎn)單方法：用手輕壓牛頓環(huán)裝置中被測(cè)透鏡的邊緣，同時(shí)觀察干涉條紋中心移動(dòng)的方向，中心趨向加力點(diǎn)者為凸透鏡，中心背離加力點(diǎn)者為凹透鏡。請(qǐng)想一想，這是什么道理？答：根據(jù)干涉的原理可知，條紋的位置取決于該位置對(duì)應(yīng)的薄膜厚度，而條紋中心應(yīng)該是厚度為0的地方。所以，當(dāng)在某點(diǎn)擠壓凸透鏡時(shí)，凸