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大学物理学实验指导书大学物理实验力学部分实验一 长度与体积测量实验类型：验证实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及课程和知识点：误差原理 有效数字一、实验目通过本实验学习，使学生掌握测长度几种常用仪器使用，并会正确读数。练习作好记录和误差计算。 二、实验要求（1）分别用游标卡尺、螺旋测微计测金属圆筒、小钢球内外径及高度，并求体积。 （2）练习多次等精度测量误差处理方法。三、实验仪器设备及材料游标卡尺，螺旋测微计，金属圆柱体，小钢球，铜丝四、实验方案1、用游标卡尺测量并计算所给样品体积。2、分别用千分尺和读数显微镜测量所给金属丝直径。数据处理注意：有效数字读取和运用，自拟表格，按有关规则进行数据处理。描述实验过程（步骤）以及安全注意事项等,设计性实验由学生自行设计实验方案。五、考核形式 实际操作过程 实验报告六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。对实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 1、游标卡尺测量长度时如何读数？游标本身有没有估读数？2、千分尺以毫米为单位可估读到哪一位？初读数正负如何判断？ 待测长度如何确定？实验二 单摆实验类型：设计实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及课程和知识点：力学 单摆周期公式一、实验目通过本实验学习，使学生掌握使用停表和米尺，测准单摆周期和摆长。 利用单摆周期公式求当地重力加速度二、实验要求（1）测摆长为1m时周期求g值。（2）改变摆长，每次减少10cm，测相应周期T，作TL图，验证单摆周期公式。三、实验仪器设备及材料单摆、米尺、游标卡尺、停表。四、实验方案利用试验台上所给设备及材料，自己制作一个单摆，然后设计实验步骤测出单摆周期，再根据单摆周期公式计算当地重力加速速。改变摆长，讨论对实验结果影响并分析误差产生原因五、考核形式 实际操作过程 实验报告六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。对实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 1、为什么测量周期不宜直接测量摆球往返一次摆动周期？试从误差分析来说明。2、在室内天棚上挂一单摆，摆长很长，你设法用简单工具测出摆长？不许直接测量摆长。实验三 牛顿第二定律验证实验类型：验证实验类别：专业主干课实验学时：2所属课程：大学物理所涉及课程和知识点：力学 牛顿第二定律 摩擦一、实验目通过本实验学习，使学生掌握气垫导轨使用，使学生通过在气垫导轨上验证牛顿第二定律，更深刻理解牛顿第二定律物理本质。二、实验要求验证当m一定时，aF,当F一定时，a1m。三、实验仪器设备及材料气垫导轨，数字毫秒计，光电门，气源四、实验方案1、调整气垫导轨水平。在导轨端部小心安装好滑轮，使其转动自如，细心调整好导轨水平。调整气垫导轨水平是实验前重要准备工作，要细致耐心地反复调整，可按下列两种方法中任一种方法调整：（1）静态调平法：导轨接通气源，滑行器置在导轨某处，用手轻轻地把滑行器压在导轨上，再轻轻地放开，观察滑行器运动状态，连续做几次。如果滑行器在导轨上静止不动，或稍有左右移动，则导轨是水平；如滑行器都向同一方向运动，表明导轨不平。仔细、认真调节水平螺钉，直到滑行器在导轨任意位置上基本保持静止不动，或稍有左右移动。一般要在导轨上选取几个位置做这样调节。（2）动态调平法：将气轨与记时器配合进行调平，仪器接通电源，仪器功能选择在“S2”挡上，两个光电门间距不小于30cm卡装在导轨上，导轨两端装上弹射器，滑行器装上挡光片（如1cm一种），给气轨通气让滑行器以一定速度从导轨左端向右端滑行，先后通过两个光电门G1和G2，记时器就分别记下挡光片通过两个光电门时间和。若> ，滑行器通过G2光电门时间短，表明滑行器运动速度加快，导轨左高右低；若< ，表明滑行器做减速运动，导轨左低右高。仔细、认真调节水平螺钉， 与 时间差值尽量小，时间相差在1毫秒内就可视为导轨基本调平。2 、在滑行器上装上1cm挡光片，对应滑轮一端装上座架，将拴在砝码桶上细线跨过滑轮并通过堵板上方孔挂在滑行器座架上。3、将起始挡板固定在导轨适当位置上，并将两个光电门置于导轨相应位置上（如80cm和130cm处），注意当砝码桶着地前，滑行器要能通过靠近滑轮一侧光电门。4、记时器功能选择在“a”挡，将改变m1所需砝码预先置于滑行器上，在砝码桶内加上一定质量砝码，导轨通气，让滑行器从起始挡板处开始运动，通过两个光电门，记时器会自动测出时间，计算出加速度a。5、逐次从滑行器上取下相等质量砝码放入砝码桶内，重复步骤4，直到砝码全部移到桶内为止。6、用天平准确称出滑行器质量m2、砝码桶和砝码质量m1。7、利用测得数据做出aF图象，若为直线，则F和a正比关系成立。五、考核形式 实际操作过程 实验报告六、实验报告实验原理，实验步骤，实验数据处理，误差分析和处理。对实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 1、实验中滑行器是否都要从同一位置开始释放，位置不同对实验结果有何影响2、气垫导轨如果没有调平衡或空气层厚度过小或过大，对实验结果有何影响3、减小摩擦还有那些其它方法热学部分实验一 混合法测定固体比热容实验类型：验证型实验类别：基础课 实验学时：3所属课程：大学物理 一、实验目1、掌握基本量热方法混合法。2、测定金属比热容。二、实验要求1、学会量热器使用方法。2、进一步熟悉物理天平、温度计等使用。3、掌握混合法测定固体比热容原理。4、学会对系统误差修正方法热量出入相互补偿法。温度不同物体混合之后，热量将由高温物体传给低温物体。如果在混合过程中和外界没有热交换，最后将达到均匀稳定平衡温度，在这过程中，高温物体放出热量等于低温物体所吸收热量，此称为热平衡原理。本实验即根据热平衡原理用混合法测定固体比热。 图1-1将质量为m、温度为t2金属块投入量热器内筒水中。设量热器质量为m1,比热容为c1(包括搅拌器)，量热器内筒中水质量为m0，比热容为c0，待测物投入水中之前水温为t1。在待测物投入水中以后，其混合温度为，则在不计量热器与外界热交换情况下，将存在下列关系 （1-1）即 （1-2）为温度计插入水中部分热容，但V单位为cm3。上述讨论是在假定量热器与外界没有热交换时结论。实际上只要由温度差异就必然会由热交换存在，因此，必须考虑如何防止或进行修正热散失影响。热散失途径主要有三：第一是加热后物体在投入量热器水中之前散失热量，这部分热量不易修正，应尽量缩短投放时间。第二是在投下待测物后，在混合过程中量热器由外部吸热和高于室温后向外散失热量。在本实验中由于测量是导热良好金属，从投下物体到达混合温度所需时间较短，可以采用热量出入相互抵消方法，消除散热影响。即控制量热器初温，使低于环境温度，混合后末温则高于，并使=。第三要注意量热器外部不要有水附着(可用干布擦干净)，以免由于水蒸发损失较多热量。由于混合过程中量热器与环境有热交换，先是吸热，后是放热，至使由温度计读出初温和混合温度都与无热交换时初温度和混合温度不同。因此，必须对和进行校正。可用图解法进行，如图1-1所示。实验时，从投物前5，6分钟开始测水温，每30s测一次，记下投物时刻与温度，记下达到室温时刻作一竖直线MN，过作一水平线，二者交于O点。然后描出投物前吸热线AB，与MN交于B点，混合后放热线CD与MN交于C点。混合过程中温升线EF，分别与AB、CD交于E和F。因水温达室温前，量热器一直在吸热，故混合过程初温应是与B点对应，此值高于投物时记下温度。同理，水温高于室温后，量热器向环境散热，故混合后最高温度是C点对应温度，此值也高于温度计显示最高温度。在图1-1中，吸热用面积BOE表示，散热用面积COF表示，当两面积相等时，说明实验过程中，对环境吸热与放热相消。否则，实验将受环境影响。实验中，力求两面积相等。三、实验仪器设备及材料量热器，温度计，物理天平，秒表，加热器，小量筒，待测物（金属块）。四、实验方案1、用物理天平称衡被测金属块质量，然后将其吊在加热器当中筒中加热 （直至水沸腾），并用温度计测出室温t室。2、将量热器内筒擦干净，用天平称出内筒和搅拌器质量，然后向量热器内注入适量(约为其容积)低于室温冷水，称得其质量为+，从而求出水质量。开始测水温并记时间，每隔30s测一次，连续测6次。3、将加热金属块迅速投放入量热器中，立刻盖好盖，记下物体放入量热器时间和温度；进行搅拌并观察温度计示值，每10s测一次水温，直到温度由最高均匀下降，再每隔30s测一次水温，连续测6次为止。4、用小量筒测出温度计没入水中体积（实验中温度计一定要没入水中，但不能碰到金属块）。5、测出大气压强，查附表得到水沸点，该温度即为金属块加热后温度t2。6、按图1-1绘制图，求出混合前初温和混合温度。7、将上述各测定值代入式(2)求出被测物比热容及其标准偏差。比热容单位为。水比热容为。量热器(包括搅拌器)是铝制，其比热容为。【注意事项】1、量热器中温度计位置要适中，不要使它靠近放入高温物体，因为未混合好局部温度可能很高。2、数值不宜于比室温低过多(控制在23左右即可)，因为温度过低可能使量热器附近温度降到露点，致使量热器外侧出现凝结水，而在温度升高后这凝结水蒸发时将散失较多热量。3、搅拌时不要过快，以防止有水溅出。五、考核形式 实验操作平均成绩占30%，实验报告平均成绩占30%，期末考试成绩占40。六、实验报告 1、实验预习：包括实验目和要求；实验内容和原理；用到实验器材；采用实验方法，步骤和操作过程，并根据需要合理设计实验数据记录表格。 2、实验过程：实际实验中采用实验方法，步骤和操作过程及注意事项，实验现象和原始数据记录。 3、数据处理和实验结论：实验数据计算处理，分析以及实验结论等。 4、结果分析和实验结论：根据相关理论知识对所得到实验结果进行解释和分析，包括实验结果是否与理论相吻合以及原因，实验后心得体会和建议。七、思考题 1、 混合法理论依据是什么？2、 量热器中所放水多少对实验有何影响？3、 分析本实验中哪些因素会引起系统误差？测量时应怎样才能减小误差。实验二 热功当量测定实验类型：验证型实验类别：基础课 实验学时：3所属课程：大学物理 JAMBCFGHD 图21VE一、实验目1用电热法测量热功当量。2学会一种热量散失修正方法修正终止温度。二、实验要求1、进一步学习量热器使用。2、掌握电热法测量热功当量实验原理。3、进一步熟悉热量散失修正法修正终止温度。 4、会正确连接实验电路，弄清电表正负极与电源正负极接法。 仪器装置如图2-1所示，M与B分别为量热器内外两个圆筒，C为绝缘垫圈，D为绝缘盖，J为两个铜金属棒，用以引入加热电流，F是绕在绝缘材料上加热电阻丝，G是搅拌器，H为温度计，E为稳压电源。1电热法测热功当量强度为I 安培电流在t秒内通过电热丝，电热丝两端电位差为U伏特。则电场力做功为 WIUt （21）这些功全部转化为热量，此热量可以用量热器来测量。设m1表示量热器内圆筒和搅拌器（一般质料相同，否则应分别考虑）质量，C1表示其比热。m2表示电流引入铜金属棒和电阻丝质量，C2表示其比热。m3表示量热器内圆筒中水质量，C3表示水比热，V表示温度计沉入水中体积，T0和Tf表示量热器内圆筒及圆筒中水初始温度和终止温度，那么量热器内圆筒及圆筒中水等由导体发热所得热量Q为 Q（m1C1m2C2m3C31.9V）（TfT0） （22）所以，热功当量 焦耳/卡 （23）J标准值J04.1868焦耳/卡。2散热修正如果实验是在系统（量热器内筒及筒中水等）温度与环境温度平衡时，对电阻通电，那么系统加热后温度就高于室温。实验过程中将同时伴随散热作用，这样，由温度计读出终止温度数值T2必须比真正终止温度数值Tf低。（即假设没有散热所应达到终温为Tf）。为了修正这个温度误差，实验时在相等时间间隔内，记下相对应温度，然后以时间为横坐标，温度为纵坐标作图，如图22所示。图中AB段ECFT ()PT0ABDTTTfT2t2t1tt t (分)图222表示通电以前系统与环境达到热平衡后稳定阶段，其稳定温度（即室温）也就是系统初温T0，BC段表示在通电时间t内，系统温度变化情况。由于温度变化存在滞后现象，因而断电后系统温度还将略为上升，如CD段所示， DE段表示系统自然冷却过程。根据牛顿冷却定律，当系统温度T与环境温度相差不大时，由于散热，系统冷却速率 （24）即冷却速率与系统温度T成线性关系。当系统自T0升温到T2时，其冷却速率相应从0增大到。所以在BD升温过程中，系统平均冷却速率，在此过程中由于散热而使系统最终产生误差 （25）系统真正终温 （26）数据处理时，还可用作图方法求Tf值。如图(22)所示，将DE线段往左外延，再通过P点（t1/2点）作横坐标轴垂线与DE外延线交于F点，则F点对应温度就是系统修正后终止温度Tf 。如果系统起始加热温度T0不等于室温，则由于开始时温度冷却速率不为零，系统温度修正值不能用（25）式。从牛顿冷却定律知，当系统与环境温度相差不大时（小于15），其温度冷却速率与温度差成正比。于是，可得开始加热时冷却速率其中，v为用温度计测得系统终止温度T2时冷却速率，可从图22求得（）。所以在BD升温过程中系统平均冷却速率 系统真正终温 （27）三、实验仪器设备及材料量热器（附电热丝），温度计（050、0.1），电流表，电压表，直流稳压电源，秒表，物理天平，可变电阻，开关，蒸馏水等。四、实验方案1用物理天平分别称出量热器内圆筒和搅拌器m1,，电流引入金属棒和电阻丝质量m3由实验室给出。测量环境温度，实验开始和结束时各测一次取平均值。2在量热器内圆筒中装上二分之一到三分之二容积水；3按图21接好电路，盖好量热器盖子，插上温度计（浸入水中，又不可触及电热丝），打开电源并调节直流稳压电源输出电压，用搅拌器缓慢搅动量热器内圆筒中水，使内圆筒中水温每分钟升高1.5左右。记下电表测得电流及电压（电流不可超过3A）；4断开电源，量热器内圆筒中温水替换为同量、温度为室温蒸馏水。用物理天平称量量热器内圆筒中蒸馏水质量m2；5待量热器内水温度稳定后（略高于环境温度），记录下数值，此时温度为初始温度T0。合上电源开关，使电路通电，同时，用秒表开始计时，每隔一分钟分别记一次温度计、安培表及伏特表读数（亦可每隔20秒依次对上述三个量进行一次读数，然后周而复始）。实验过程中必须连续缓慢搅动量热器内圆筒中水，以使温度均匀，直到温度超过初始温度约12，再断开电源。记下实际通电时间t，断电后系统温度还会略为升高，故必须仔细观察并记下系统终止温度T2及其经历时间t1。以后继续搅拌，并每隔一分钟记录一次读数，直到温度下降1oC左右，以获得自然冷却数据（至少记录6次）。6用小量筒估计温度计浸入水中体积V；【注意事项】1温度计要浸入水中，但又不能触及电热丝，注意搅拌器、凉热墙壁和电阻丝不要短路。2电路接好后，须经指导教师检查无误后，才能接通电源，注意电表正负极性不要接反。3只有当电热丝浸入在水中才能通电，否则，铜棒和电热丝可能会被烧坏。4通电后每隔一定时间记下导体温度，断电后继续连续记温，到导体自然冷却一段时间后再停止。五、考核形式 实验操作平均成绩占30%，实验报告平均成绩占30%，期末考试成绩占40。六、实验报告 1、实验预习：包括实验目和要求；实验内容和原理；用到实验器材；采用实验方法，步骤和操作过程，并根据需要合理设计实验数据记录表格。 2、实验过程：实际实验中采用实验方法，步骤和操作过程及注意事项，实验现象和原始数据记录。 3、数据处理和实验结论：实验数据计算处理，分析以及实验结论等。 4、结果分析和实验结论：根据相关理论知识对所得到实验结果进行解释和分析，包括实验结果是否与理论相吻合以及原因，实验后心得体会和建议。七、思考题 1切断电源后，水温还会上升少许，然后才开始下降，记录T2、t1及用作图方法求出Tf时，如何处理为正确？2为什么要限制加热温升速率？过大或过小温升速率对实验结果有什么影响？电磁学部分实验一 伏安法测电阻及二极管伏安特性曲线实验类型：设计实验类别：专业基础实验学时：3所属课程：电磁学一、实验目通过本实验学习，使学生了解或掌握元器件伏安特性测量方法。 二、实验要求实验要求：根据实验室中给出仪器设备，自行设计测量电路，包括选用仪器，确定测量电路，测量条件，实验步骤等。要求尽量减小误差，测量中不要使电表过载。三、实验仪器设备及材料电阻元件,伏安特性测试仪,电流表,电压表,滑线变阻器.四、实验方案由学生自行设计实验方案。五、考核形式 1平时成绩占60%：包括：对实验原理、方法、步骤、实验技能、实验设计等掌握，实验报告书写，实验前后预习及总结等，综合评定。2 期末操作考试+笔试占40%：单人单桌，随机抽题。二项成绩之和为总成绩。六、实验报告主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 试分析本实验中引起测量误差各主要因素,并比较各因素引起误差大小?实验二 静电场描绘实验类型：综合实验类别：专业基础实验学时：3所属课程：电磁学所涉及课程和知识点：电磁学课程中静电场和稳恒电流内容 一、实验目1.了解用电流场模拟静电场基本原理 2.加深对静电场性质理解 3.学习用回归法处理数据 二、实验要求1预习普通物理实验（朱俊孔等编）中“静电场描绘”实验，回顾电磁学课程中静电场与稳恒电流场内容。根据实验原理来比较静电场与稳恒电流场异同，理解模拟场与被模拟场之间要满足条件，根据内容要求确定实验方案。2预习思考题：（1）为什么要用模拟法测量静电场结构？用电流场模拟静电场要满足什么条件？（2）能否模拟点电荷所激发电场？三、实验仪器设备及材料静电场描绘器 直流稳压电源 滑动变阻器 万用欧姆表等四、实验方案1无线长共轴电缆之间静电场模拟描绘；2填写实验报告。五、考核形式 1平时成绩占60%：包括：对实验原理、方法、步骤、实验技能、实验设计等掌握，实验报告书写，实验前后预习及总结等，综合评定。3 期末操作考试+笔试占40%：单人单桌，随机抽题。二项成绩之和为总成绩。六、实验报告学生实验报告主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 1.从实验结果看，能否说明电极与导电膜间接触是否良好？如果某处接触不良，会出现什么现象？ 2.能否在导电膜上模拟带任意电量两个平行圆柱间电场分布？实验三 惠斯登电桥测电阻实验类型：综合实验类别：专业基础实验学时：3所属课程：电磁学所涉及课程和知识点：电磁学课程中稳恒电流和电路内容 一、实验目通过本实验学习，掌握用惠斯登电桥测电阻原理，学会用惠斯登通电桥测电阻方法，初步了解电桥灵敏度概念。二、实验要求1预习普通物理实验（朱俊孔等编）中“单臂电桥”实验，根据内容要求确定实验方案；2预习思考题：（1）电桥平衡条件是什么？（2）电桥灵敏度与那些因素有关？电桥灵敏度是否越高越好？三、实验仪器设备及材料标准电阻箱4个,待测电阻若干个,直流稳压电源,指针式检流计,开关,导线等。四、实验方案1 用自组电桥测电阻。1)开启检流计锁扣，调节检流计使之指针为零；2)用三个电阻箱，检流计和Rx组成电桥,根据实验步骤进行测量。注意测量之前用万用表粗测Rx，比例臂不宜取太小，用逐次逼近法调节平衡。2测量电桥灵敏度。3测量标称值不同中值商品电阻，数值不少于10个，求平均值。4填写实验报告。五、考核形式 1平时成绩占60%：包括：对实验原理、方法、步骤、实验技能、实验设计等掌握，实验报告书写，实验前后预习及总结等，综合评定。4 期末操作考试+笔试占40%：单人单桌，随机抽题。二项成绩之和为总成绩。六、实验报告学生实验报告主要内容包括，对实验步骤，实验数据、实验中特殊现象、实验操作成败、实验关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。七、思考题 1在调节电桥平衡过程中，检流计开关为什么采用“跃接法”？你如何根据检流计偏转方向来调节Rs，很快找到“平衡点”？2在调节电桥平衡过程中，如果检流计始终不偏转，可能原因是什么？如果无论怎样改变Rs值，检流计始终偏向一边，其原因是什么？光学部分实验一 薄透镜焦距测定实验类型： 验证型实验类别：专业基础实验学时： 3所属课程： 光学一、实验目1、 掌握会聚透镜和发散透镜焦距测量方法。2、 验证透镜成像公式，学会光学系统共轴调节。二、实验要求：1、预习会聚透镜焦距测量方法。方法1：利用高斯公式求焦距。方法2：利用贝塞尔法求焦距。2、预习发散透镜焦距测量方法：辅助透镜成像法求焦距。三、 实验仪器设备 光具座；会聚透镜；发散透镜；光源；像屏；物屏四、 实验方案1、 光具座上各光学元件共轴调节因物距、像距都是沿光轴计算长度，而长度是靠光具座上标尺刻度来读数。为准确测量，透镜光轴应与光具座导轨平行。并且各透镜应调节到共同光轴上，且光轴与导轨平行。这些步骤称共轴调节，调节方法如下： 粗调 把透镜、物、屏等用光具夹夹好后，先将它们靠拢，调节高低适中。使光源、“1”字中心、透镜中心、光屏中央大致在一条和导轨平行直线上。并使透镜、屏平面等互相平行且垂直于导轨。这一步骤靠眼睛观察判断。 细调 靠成像规律来判断。若“1”字中心偏离透镜光轴，那么在移动透镜过程中，像中心位置会改变，即大像和小像中心不重合。此时可根据偏移方向判断“1”字中心究竟是偏左还是偏右，偏上还是偏下，然后加以调整。2、 测量薄凸透镜焦距注意使L>4f，固定“1”字屏与像屏位置。反复多次判断成放大像和缩小像时透镜位置（光具凳红线指示为准，读到0.1mm），记下“1”字屏、凸透镜、像屏位置，将数据填表。次数“1”字与像屏间距L放大像时透镜位置X1缩小像时透镜位置X2d123453、 测量凹透镜焦距先用凸透镜成缩小像，记下像位置。然后放上凹透镜，注意透镜光轴要共轴。移动凹透镜和像屏，反复多次判断成像位置，记录数据并填表。次数凸透镜成像位置凹透镜位置最后成像位置S12345五、 实验报告要求1、 实验报告要规范整洁，数据记录真实，数据处理按实验误差理论进行。测量误差计算公式为： （n为测量次数）测量结果表示为：六、 思考题共轴调节目是实现哪些要求，不满足这些要求对测量会有什么影响？实验二 等厚干涉法测球面曲率半径实验类型：验证实验类别：专业基础课实验学时： 3所属课程：光学牛顿环装置是由一块曲率半径较大平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成，如图1所示。平凸透镜凸面与玻璃平板之间空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射二光束存在光程差，它们在平凸透镜凸面相遇后，将发生干涉。从透镜上看到干涉花样是以玻璃接触点为中心一系列明暗相间圆环，称为牛顿环。由于同一干涉环上各处空气层厚度是相同，因此它属于等厚干涉。 图2牛顿环图1装置图由图可见，如设透镜曲率半径为，与接触点相距为处空气层厚度为，其几何关系式为：  由于>>，可以略去d2得                   (1)  光线应是垂直入射，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带来/2附加程差，所以总程差为              (2)产生暗环条件是：                     (3)其中0，1，2，3，.为干涉暗条纹级数。综合上述式子可得第级暗环半径为：                           (4)由(4)式可知，如果单色光源波长已知，测出第级暗环半径m，即可得出平凸透镜曲率半径；反之，如果已知，测出m后，就可计算出入射单色光波波长。但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想点接触；接触压力会引起局部形变，使接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环几何中心。实际测量时，我们可以通过测量距中心较远两个暗环半径m和n平方差来计算曲率半径。因为      m2        n2两式相减可得          所以            (5)  由上式可知,只要测出m与n（分别为第m与第n条暗环直径）值，就能算出或。这样就可避免实验中条纹级数难于确定困难，利用后一计算式还可克服确定条纹中心位置困难。一、实验目1进一步熟悉移测显微镜使用，观察牛顿环条纹特征。2利用等厚干涉测量平凸透镜曲率半径。   3. 学习用逐差法处理实验数据方法。二、实验要求1. 课前必须认真阅读教材和有关资料，掌握等厚干涉原理。并到实验室看一下实验设备，基本了解有关测量仪器使用方法，明确哪些物理量是间接测量，哪些是直接测量，用什么方法和测量仪器来测定等。2. 写出预习报告。内容包括：实验目要求、实验内容和原理或设计知识点、实验条件、实验方法、步骤、操作过程或实验设计方案、记录数据表格。预习报告中最重要是拟定出主要实验步骤和指明作好实验关键，不可照抄教材，在预习中要对做好本次实验几个关键步骤作到心中有数，绝不可应付了事。3. 写出实验方案。包括安排实验步骤、记录数据表格、数据处理及问题分析 三、实验仪器设备及材料牛顿环仪，移测显微镜，低压钠灯四、实验方案1. 调整显微镜十字叉丝与牛顿环中心大致重合。2. 转动测微鼓轮,使叉丝交点移近某暗环,当竖直叉丝与条纹相切时（观察时要注意视差），从测微鼓轮及主尺上读下其位置x。为了熟练操作和正确读数，在正式读数前应反复练习几次，直到同一个方向每次移到该环时读数都很接近为止。3. 在测量各干涉环直经时，只可沿同一个方向旋转鼓轮，不能进进退退，以避免测微螺距间隙引起回程误差。在测量某一条纹直径时，如果在左侧测是条纹外侧位置，而在右侧测是条纹内侧位置，此条纹直径可认为就等于这两个位置之间距离。因为实验时主要测量间隔为个干涉环两个暗环直经平方差。为了减少读数误差，应将值取得大一些。如取10，则干涉条纹相对误差就可减小近10倍。只要依次测出从322每一暗环直经，利用逐差法分组求取条纹直经平方差，则可获得较好实验值。4. 数据处理根据计算式，对，、分别测量n次，因而可得n个Ri值，于是有，我们要得到测量结果是。下面将简要介绍一下计算。              数据记录表 （说明Dm,Dn为环直径）分  组I12345678910级  数mi22212019181716151413位  置左          右          直  径Dmi          级  数ni1211109876543位  置左          右          直  径Dn          直径平方差Dm2-Dn2          透镜曲率半径R          5.注意事项：  牛顿环仪、透镜和显微镜光学表面不清洁，要用专门擦镜纸轻轻揩拭。  测量显微镜测微鼓轮在每一次测量过程中只能向一个方向旋转，中途不能反转。  当用镜筒对待测物聚焦时，为防止损坏显微镜物镜，正确调节方法是使镜筒移离待测物（即提升镜筒）。 五、实验报告1. 实验名称、实验者姓名、实验日期2. 实验目3. 实验原理和方法。简要叙述，不要照抄教材。4. 实验仪器（型号、编号、规格）及装置5. 实验步骤6. 实验数据和处理，这是报告核心，要认真计算和处理。7. 小结。对实验中感到最深刻、最有收获地方，可以作一小结。包括回答思考题，提出实验结论或提出自己看法等。小结全文不要超过200字。原始记录随同实验报告在实验完后第三天必须交上，由任课教师批改.六、思考题 牛顿环干涉条纹形成在哪一个面上？产生条件是什么？牛顿环干涉条纹中心在什么情况下是暗？什么情况下是亮分析牛顿环相邻暗（或亮）环之间距离（靠近中心与靠近边缘大小）。为什么说测量显微镜测量是牛顿环直经，而不是显微镜内被放大了直经？若改变显微镜放大倍率，是否影响测量结果。如何用等厚干涉原理检验光学平面表面质量？17 / 17