大學(xué)物理仿真實驗報告-牛頓環(huán)法測曲率半徑

大學(xué)物理仿真實驗報告實驗名稱牛頓環(huán)法測曲率半徑班級：姓名：學(xué)號：日期：牛頓環(huán)法測曲率半徑實驗?zāi)康?.學(xué)會用牛頓環(huán)測定透鏡曲率半徑。2.正確使用讀書顯微鏡，學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)。實驗原理如下圖所示，在平板玻璃面DCF上放一個曲率半徑很大的平凸透鏡ACB，C點為接觸點，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，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，則會發(fā)生相位突變，即在反射點處，反射光的相位與入射光的相位之間相差p，與之對應(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，發(fā)生相長干涉，出現(xiàn)第K級亮紋，而當(dāng)（k=0,1,2…）（3）時，發(fā)生相消干涉，出現(xiàn)第k級暗紋。因為同一級條紋對應(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級條紋的半徑為，對應(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：實驗測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，使觀察時視野清晰。誤差分析：在觀察牛頓環(huán)時，暗條紋有一定的寬度，人為控制十字叉絲在暗條紋中間時會帶來誤差；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)實驗中，如果直接用暗紋公式測平凸透鏡凸面的曲率半徑，有什么問題？答：直接用暗紋公式計算曲率半徑需要確定某條紋對應(yīng)的級數(shù)。而在實際情況下，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理想的點接觸。這樣一來，干涉環(huán)的圓心就很難確定，而且在接觸處，到底包含了幾級條紋也難以知道，這樣級數(shù)k也無法確定，所以該公式無法運用。在使用讀數(shù)顯微鏡時，怎樣判斷是否消除了視差？使用時最主要的注意事項是什么？答：從目鏡觀測時，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移動，則視察消除。使用時最主要的注意事項是為避免損壞目鏡，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透鏡凹凸的簡單方法：用手輕壓牛頓環(huán)裝置中被測透鏡的邊緣，同時觀察干涉條紋中心移動的方向，中心趨向加力點者為凸透鏡，中心背離加力點者為凹透鏡。請想一想，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)在某點擠壓凸透鏡時，凸