高中物理奧林匹克競賽復(fù)賽實(shí)驗(yàn)考核課件實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉牛頓環(huán)

實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)

研究光的干涉現(xiàn)象有助于加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)，也有助于進(jìn)一步學(xué)習(xí)近代光學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如長度的精密測(cè)量、光彈性研究、全息照相技術(shù)等?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．用牛頓環(huán)法測(cè)定透鏡的曲率半徑。2．學(xué)會(huì)使用測(cè)量顯微鏡，加深對(duì)光的波動(dòng)性的認(rèn)識(shí)。1/4/20251實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)裝置】鈉光燈讀數(shù)顯微鏡牛頓環(huán)1/4/20252實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)原理】牛頓環(huán)的結(jié)構(gòu)如圖所示，上部為一曲率半徑為?R?的平凸透鏡，下部為一平板玻璃，中間形成一空氣層。當(dāng)用單色平行光垂直照射時(shí)，空氣層上表面反射的光與空氣層下表面反射的光滿足相干條件，將產(chǎn)生光的干涉。由于各處空氣層厚度?e?不同，將產(chǎn)生不同的光程差。由等厚干涉原理可知，凡厚度相同的地方將形成同一級(jí)次的條紋。顯然，這里產(chǎn)生的干涉圖樣將是以透鏡與平板玻璃的接觸點(diǎn)為圓心的明暗相間的同心圓。我們稱這些同心圓為牛頓環(huán)，如圖所示。1/4/20253實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)原理】在實(shí)驗(yàn)中，暗紋比較容易觀察，則由暗紋產(chǎn)生條件得

其中?k=0，1，2…?為暗紋的級(jí)次，rk?為這一級(jí)次暗環(huán)的半徑，為入射光波長，R?為透鏡的曲率半徑。

1/4/20254實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

1．如圖所示，將牛頓環(huán)裝置放在顯微鏡工作臺(tái)上，單色光源（鈉光燈，其波長為?589nm）?放在45°透光半反射鏡?前方且與其等高?？紤]到其背景亮度，可不使用下方反射境。首先僅憑眼睛沿鏡筒方向觀察牛頓環(huán)（彩色的小園環(huán)），若找到，再移動(dòng)牛頓環(huán)裝置，并調(diào)整顯微鏡筒位置，使牛頓環(huán)處在鏡筒正下方。2．調(diào)節(jié)目鏡，使十字刻度線清晰。1/4/20255實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】3．轉(zhuǎn)動(dòng)套在物鏡頭上的?45°透光反射鏡，使鏡正對(duì)光源，顯微鏡視場(chǎng)達(dá)到最亮，調(diào)節(jié)調(diào)焦旋鈕，使牛頓環(huán)成像清晰。適當(dāng)移動(dòng)牛頓環(huán)裝置，使牛頓環(huán)圓心（暗斑）處在視場(chǎng)正中央。4．調(diào)整十字刻度線的方向。移動(dòng)顯微鏡筒，注意觀察十字刻度線中的一條橫線是否與鏡筒移動(dòng)方向平行。1/4/20256實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】

5．若取?m-n=10，?m=30,29,28,27,…,21，?n=20,19,18,17,…,11，那么先移動(dòng)顯微鏡使十字刻度線豎線位置落在第?35?級(jí)暗環(huán)處，然后反向緩慢移動(dòng)顯微鏡，使十字刻度線豎線切于第?30?級(jí)暗環(huán)的中間，記下讀數(shù)。然后，依次測(cè)出?29,28,…,21,20,19,18,…,11?級(jí)暗環(huán)的讀數(shù)，并繼續(xù)沿同一方向移動(dòng)顯微鏡，經(jīng)過牛頓環(huán)中心到達(dá)另一側(cè)第?11?級(jí)暗環(huán)處，依次測(cè)出?11,12,13,…,20,21,22,…,30?級(jí)暗環(huán)的讀數(shù)。注意在此測(cè)量過程中，任何時(shí)候都不能沿相反方向移動(dòng)顯微鏡，以免出現(xiàn)螺距差，影響測(cè)量結(jié)果。

6.計(jì)算透鏡的曲率半徑?R?，并計(jì)算絕對(duì)不確定度ΔR，最后結(jié)果表示成：1/4/20257實(shí)驗(yàn)十七等厚干涉—牛頓環(huán)【預(yù)習(xí)思