等厚干涉实验.ppt

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1、等厚干涉实验 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望等厚干涉实验等厚干涉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劈尖干涉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

2、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 波波传传播播过过程程中中，遇遇到到波波疏疏介介质质反反射射，反反射射点点入入射射波波与与反反射射波波有有相相同同的的相相位位。波波由由波波密密介介质质反反射射，反反射射点点入入射射波波与与反反射射波波的的相相位位差差，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将一一曲曲率率半半径径相相当当大大的的平平凸凸玻玻璃璃透透镜镜放放在在一一平平面面玻玻璃璃的的

3、上上面面，则则在在两两者者之之间间形形成成一一个个厚厚度度随随直直径径变变化化的的空空气气隙。隙。空空气气隙隙的的等等厚厚干干涉涉条条纹纹是是一一组组明明暗暗相相间间的的同同心心环环。该该干干涉涉条条纹纹最最早早被被牛牛顿顿发发现现，所所以以称称为为牛牛顿顿环环（Newton Newton-ringring）返回返回牛顿环牛顿环劈尖干涉劈尖干涉将两块光学平玻璃重叠将两块光学平玻璃重叠将两块光学平玻璃重叠将两块光学平玻璃重叠在一起，在一端插入一在一起，在一端插入一在一起，在一端插入一在一起，在一端插入一薄纸片，则在两玻璃板薄纸片，则在两玻璃板薄纸片，则在两玻璃板薄纸片，则在两玻璃板间形成一空气劈

4、尖间形成一空气劈尖间形成一空气劈尖间形成一空气劈尖当一束平行单色光垂直当一束平行单色光垂直入射时，由空气层上下入射时，由空气层上下表面反射的光将在空气表面反射的光将在空气层上表面处发生干涉，层上表面处发生干涉，形成一组平行于交棱的形成一组平行于交棱的明暗相间、等间距的直明暗相间、等间距的直条纹。条纹。Ld返回返回仪器介绍仪器介绍读数显微镜钠灯平凸透镜劈尖劈尖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 钠钠光光灯灯是是一一种种气气体体放放电电灯灯。在在放放电电管管内内充充有有金金属属

5、钠钠和和氩氩气气。开开启启电电源源的的瞬瞬间间，氩氩气气放放电电发发出出粉粉红红色色的的光光。氩氩气气放放电电后后金金属属钠钠被被蒸蒸发并放电发出黄色光。发并放电发出黄色光。钠钠光光在在可可见见光光范范围围内内两两条条谱谱线线的的波波长长分分别别为为589.59nm589.59nm和和589.00nm589.00nm。这这两两条条谱谱线线很很接接近近，所所以以可可以以把把它它视视为为单单色色光光源源，并并取取其其平平均均值值589.30nm589.30nm为波长。为波长。平凸透镜平凸透镜返回返回 平平凸凸透透镜镜与与平平板板玻玻璃璃组组合合成成牛牛顿顿环环实实验验样样品。品。平凸透镜平凸透镜平

6、板玻璃平板玻璃劈尖劈尖返回返回两两块块光光学学平平玻玻璃璃重重叠叠在在一一起起，在在一一端端插插入入一一薄纸片，制薄纸片，制成实验样品。成实验样品。平板玻璃平板玻璃平板玻璃平板玻璃薄纸片薄纸片实验内容实验内容实验实验公式公式 1.牛顿环牛顿环 2.劈尖劈尖返回目录页返回目录页 1.1.用牛顿环测透镜的曲率半径用牛顿环测透镜的曲率半径 2.2.用劈尖干涉法测薄纸片的厚度用劈尖干涉法测薄纸片的厚度1.牛顿环牛顿环返回返回 在在空空气气厚厚度度为为e e的的地地方方，上上下下表表面面反反射射的的光光的的光光程程差差 为为 2e+/2，光光 程程 差差 为为(2k+1)/2处处为为干干涉涉暗暗条条纹纹

7、，得得到到曲曲率率半半径径计计算算公公式：式：2.劈尖劈尖返回返回第第K K级干涉暗条纹对应的级干涉暗条纹对应的薄膜厚度为薄膜厚度为e ek k=k/2=k/2k=0k=0时，时，e=0,e=0,即在两玻璃即在两玻璃板接触处为零级暗条纹；板接触处为零级暗条纹；若在薄纸处呈现若在薄纸处呈现k=N k=N 级级条纹，则薄纸片厚为条纹，则薄纸片厚为d=N/2d=N/2条纹，又由条纹，又由暗暗条纹总数条纹总数xx得到薄纸片厚度的计算得到薄纸片厚度的计算公式：公式：d=L/2 xe ek k操作要点操作要点仪器布置观测干涉条纹测量直径测量薄纸片厚度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和

8、劈尖干涉条纹观测牛顿环和劈尖干涉条纹返回返回光光源源对对准准目目镜镜筒筒上上的的4545平平板板玻玻璃璃，调调节节平平板板玻玻璃璃方方向向，使使光光垂垂直直照照在在平平凸凸透透镜镜装装置置上上。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。被被测测物物体体放放到到载载物物平平台台上上，调调节节目目镜镜清清晰晰地地看看到到十十字字叉叉丝丝，然然后后由由下下向向上上移移动动显显微微镜镜镜镜筒筒（为为防防止止压压坏坏被被测测物物体体和和物物镜镜，不不得得由由上上向向下下移动！），看清牛顿干涉环。移动！），看清牛顿干涉环。用同样的方法观察劈尖干涉的条纹。用同样的方法观察劈尖干

9、涉的条纹。测量牛顿环直径测量牛顿环直径返回返回取取m=15，n=5。横横向向改改变变显显微微镜镜筒筒位位置置，使使叉叉丝丝由由第第15圈圈外外向向第第15圈圈移移动动直直至至叉叉丝丝交交点点与与之之重重合合，读读取取C15，继继续续朝朝同同一一方方向向移移动动叉叉丝丝至至第第5圈圈读读取取C5；仍仍按按原原方方向向移移动动叉叉丝丝（为为防防止止产产生生空空程程差差），越越过过中中央央暗暗环，按同样方法读取环，按同样方法读取C5、C15。将将牛牛顿顿环环旋旋转转若若干干角角度度，重重复复以以上上测测量量共共6次次。测量薄纸片厚度测量薄纸片厚度返回返回由由于于相相邻邻条条纹纹之之间间的的距距离离很

10、很小小，为为了了减减小小测测量量误误差差，通通常常测测量量n n条条干干涉涉暗暗条条纹纹之之间间的的距距离离。取取n=10，横横向向改改变变显显微微镜镜筒筒位位置置，使使叉叉丝丝与与某某级级暗暗纹纹重重合合读读取取X0,继继续续朝朝同同一一方方向向移移动动叉叉丝丝,每每隔隔1010条条暗暗纹纹依依次次读读取取X1，X2，X5。测量交棱到纸边的距离测量交棱到纸边的距离L，重复测，重复测5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下一页下一页次数123456C15C5C15C5D15D5单位：单位：mm1.牛顿

11、环牛顿环返回返回次数012345Xi XL始始L末末L单位：单位：mm2.劈尖干涉劈尖干涉曲率半径计算曲率半径计算返回返回薄纸片厚度的计算薄纸片厚度的计算不确定度评定不确定度评定返回返回先先分分别别计计算算u(D15)和和u(D5),其其中中B类类不不确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。用同样的方法计算用同样的方法计算d d的的不确定度。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。问题思考问题思考（1）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密接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，并推导此时触而致。试进行理论分析，并推导此时的曲率半径计算公式。的曲率半径计算公式。（2）劈尖的夹角的正弦，试讨论当）劈尖的夹角的正弦，试讨论当夹角变化时，干涉条纹的疏密的变化。夹角变化时，干涉条纹的疏密的变化。返回目录页返回目录页