《光学实验》牛顿环实验ppt课件.ppt

牛顿环实验大学物理实验大学物理实验牛顿环实验牛顿环实验名词解释名词解释仪器介绍仪器介绍实验内容实验内容操作要点操作要点数据处理数据处理问题思考问题思考名词解释名词解释等厚干涉半波损失牛顿环返回目录页返回目录页等厚干涉等厚干涉平行光照射到薄介质上，介质平行光照射到薄介质上，介质上下表面反射的光会在膜表面处发上下表面反射的光会在膜表面处发生干涉。介质厚度相等处的两束反生干涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉同的干涉光强度，这就是等厚干涉。 返回返回半波损失半波损失 波传播过程中，遇到波疏波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点入射波与反射波介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。波由波密介质反射，有相同的相位。波由波密介质反射，反射点入射波与反射波的相位差反射点入射波与反射波的相位差，光程差为光程差为/2，即产生了半波损失。，即产生了半波损失。对光波说，来自大折射率介质的对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。反射具有半波损失。 返回返回牛顿环牛顿环将一曲率半径相将一曲率半径相当大的平凸玻璃透镜放当大的平凸玻璃透镜放在一平面玻璃的上面，在一平面玻璃的上面，则在两者之间形成一个则在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气厚度随直径变化的空气隙。隙。空气隙的等厚干空气隙的等厚干涉条纹是一组明暗相间涉条纹是一组明暗相间的同心环。该干涉条纹的同心环。该干涉条纹最早被牛顿发现，所以最早被牛顿发现，所以称为牛顿环（称为牛顿环（Newton -Newton -ringring）返回返回牛顿环牛顿环仪器介绍仪器介绍读数显微镜钠灯平凸透镜返回目录页返回目录页读数显微镜读数显微镜返回返回 目镜目镜物镜物镜上下移动旋钮上下移动旋钮水平移动旋钮水平移动旋钮读数标尺读数标尺读数盘读数盘钠灯钠灯返回返回 钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气放有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸发并放电发出黄色光。发并放电发出黄色光。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为为589.59nm589.59nm和和589.00nm589.00nm。这两条谱线很接近，。这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源，并取其平均值所以可以把它视为单色光源，并取其平均值589.30nm589.30nm为波长。为波长。 平凸透镜平凸透镜返回返回 平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。品。平凸透镜平凸透镜平板玻璃平板玻璃实验内容实验内容实验公式实验公式返回目录页返回目录页 测量牛顿环直径，计算平凸透镜测量牛顿环直径，计算平凸透镜曲率半径曲率半径R。实验公式实验公式返回返回 在空气厚度为在空气厚度为e e的地方，的地方，上下表面反射的光的光程上下表面反射的光的光程差为差为2e+/2，其中后一项其中后一项是是“半波损失半波损失”。 光程差为光程差为(2k+1) /2处处为干涉暗条纹为干涉暗条纹，得到曲率得到曲率半径计算公式：半径计算公式：ABerRCO)(4)(2222nmDDnmrrRnmnm操作要点操作要点仪器布置观测牛顿环测量直径返回目录页返回目录页仪器布置仪器布置返回返回观测牛顿环观测牛顿环返回返回光源对准目镜筒上的光源对准目镜筒上的4545平板玻璃，调节平平板玻璃，调节平板玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。板玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物上移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物镜，不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。镜，不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。 测量牛顿环直径测量牛顿环直径返回返回取取m=15，n=5。横向改变显微镜筒位置，。横向改变显微镜筒位置，使叉丝由第使叉丝由第15圈外向第圈外向第15圈移动直至叉丝圈移动直至叉丝交点与之重合，读取交点与之重合，读取C15，继续朝同一方向，继续朝同一方向移动叉丝至第移动叉丝至第5圈读取圈读取C5 ；仍按原方向移动；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差），越过中央暗叉丝（为防止产生空程差），越过中央暗环，按同样方法读取环，按同样方法读取C5 、C15 。 将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共6次次。 数据处理数据处理数据记录数据记录曲率半径计算曲率半径计算不确定度评定不确定度评定返回目录页返回目录页数据记录表格数据记录表格返回返回次数123456C15C5C15C5D15D5单位：单位：mm曲率半径计算曲率半径计算返回返回)(422nmDDRnm参考链接参考链接不确定度评定不确定度评定返回返回 先分别计算先分别计算u(D15) 和和u(D5),其中其中B类不确类不确定度均可取定度均可取 。 由传递关系计算由传递关系计算R R的不确定度。的不确定度。 不确定度有效数字取不确定度有效数字取1 1位。位。301. 0问题思考问题思考 有时牛顿环中央是一亮斑，这有时牛顿环中央是一亮斑，这是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧密接触而致。试进行理论分析，并密接触而致。试进行理论分析，并推导此时的曲率半径计算公式。推导此时的曲率半径计算公式。返回目录页返回目录页