用牛顿环测量透镜的曲率半径.ppt

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1、用牛顿环测量透镜的曲率半径 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。有生命必有希望现象现象现象现象现象现象现象现象实验装置实验装置实验装置实验装置实验原理实验原理实验原理实验原理理论原理理论原理理论原理理论原理分析光程差，取分析光程差，取分析光程差，取分析光程差，取 n n=1=1，(考虑半波损失考虑半波损失考虑半波损失考虑半波损失)目标目标目标目标:消去消去消去消去e e 计算环的半径计算环的半径计算环的半径计算环的半径 r r(why why?)?)牛顿环干涉条纹的特

2、点牛顿环干涉条纹的特点牛顿环干涉条纹的特点牛顿环干涉条纹的特点1 1 1 1.分振幅、等厚干涉；分振幅、等厚干涉；分振幅、等厚干涉；分振幅、等厚干涉；2 2 2 2.明暗相间的同心圆环；明暗相间的同心圆环；明暗相间的同心圆环；明暗相间的同心圆环；3 3 3 3.级次中心低、边缘高；级次中心低、边缘高；级次中心低、边缘高；级次中心低、边缘高；4 4 4 4.间隔中心疏、边缘密；间隔中心疏、边缘密；间隔中心疏、边缘密；间隔中心疏、边缘密；5 5 5 5.同级干涉，波长越短同级干涉，波长越短同级干涉，波长越短同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。条纹越靠近中心。条纹越靠近中心。条纹越靠近中心。牛顿环的

3、应用牛顿环的应用牛顿环的应用牛顿环的应用牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环等等等等厚厚厚厚干干干干涉涉涉涉条条条条纹纹纹纹的的的的形形形形状状状状反反反反映映映映了了了了两两两两个个个个光光光光学学学学表表表表明明明明间间间间距距距距变变变变化化化化情情情情况况况况。利利利利用用用用牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环可可可可以以以以检检检检测测测测光光光光学学学学球球球球面面面面（或或或或平平平平面面面面）的的的的加加加加工工工工质质质质量。量。量。量。根根根根据据据据本本本本实实实实验验验验原原原原理理理理，已已已已知知知知曲曲曲曲率率率率半半半半径径径径的的的的牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环可可可可测测测测定定定定

4、单单单单色色色色光光光光的的的的波长。波长。波长。波长。在在在在牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环仪仪仪仪的的的的镜镜镜镜面面面面充充充充满满满满透透透透明明明明的的的的液液液液体体体体光光光光学学学学介介介介质质质质，就就就就可可可可以以以以测测测测量量量量其折射率其折射率其折射率其折射率n n。问题：你能推导利用牛顿环测量折射率的公式吗？问题：你能推导利用牛顿环测量折射率的公式吗？问题：你能推导利用牛顿环测量折射率的公式吗？问题：你能推导利用牛顿环测量折射率的公式吗？难点解说难点解说难点解说难点解说测量时，只需测量测量时，只需测量测量时，只需测量测量时，只需测量 x x2 2,x x3 3,x x4

5、 4少测一组数据少测一组数据少测一组数据少测一组数据x x1 1可以减少数据读取工作量，降低误差。可以减少数据读取工作量，降低误差。可以减少数据读取工作量，降低误差。可以减少数据读取工作量，降低误差。难点解说难点解说难点解说难点解说为什么不用：为什么不用：为什么不用：为什么不用：1.1.透透透透镜镜镜镜凸凸凸凸面面面面与与与与平平平平板板板板玻玻玻玻璃璃璃璃表表表表面面面面间间间间并并并并非非非非理理理理想想想想的的的的点点点点接接接接触触触触，难难难难以以以以准准准准确判断干涉级次确判断干涉级次确判断干涉级次确判断干涉级次k k；2.2.读读读读数数数数显显显显微微微微镜镜镜镜目目目目镜镜镜

6、镜中中中中的的的的 十十十十字字字字叉叉叉叉丝丝丝丝 不不不不易易易易做做做做到到到到与与与与干干干干涉涉涉涉条条条条纹纹纹纹 严格相切。严格相切。严格相切。严格相切。难点解说难点解说难点解说难点解说实验中，如果用弦长取代牛顿环直径是否可以？实验中，如果用弦长取代牛顿环直径是否可以？实验中，如果用弦长取代牛顿环直径是否可以？实验中，如果用弦长取代牛顿环直径是否可以？结论：可以！结论：可以！空程误差空程误差空程误差空程误差属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；在在在在齿齿齿齿合合合合

7、前前前前，轻轻轻轻轻轻轻轻转转转转动动动动螺螺螺螺尺尺尺尺手手手手柄柄柄柄，螺螺螺螺尺尺尺尺读读读读数数数数变变变变化化化化，而而而而游游游游标标标标并并并并没没没没有移动。有移动。有移动。有移动。消除方法消除方法消除方法消除方法：测量时只往同一方向转动螺尺。：测量时只往同一方向转动螺尺。：测量时只往同一方向转动螺尺。：测量时只往同一方向转动螺尺。读数显微镜的空程误差读数显微镜的空程误差读数显微镜的空程误差读数显微镜的空程误差螺杆螺杆螺杆螺杆螺尺螺尺螺尺螺尺数据处理数据处理数据处理数据处理测量方案测量方案测量方案测量方案(举例举例举例举例)取取取取 mm=10,=10,k k=10,11,12

8、,13,14,15=10,11,12,13,14,15则需要测量的圆环为则需要测量的圆环为则需要测量的圆环为则需要测量的圆环为 1010，1111，1212，1313，1414，1515 ，2020，2121，2222，2323，2424，2525。测测量量顺顺序序起始读数点起始读数点结束读数点结束读数点注意事项注意事项注意事项注意事项注意：注意：注意：注意：为保护仪器，不要将牛顿环调节螺丝旋得过紧。为保护仪器，不要将牛顿环调节螺丝旋得过紧。为保护仪器，不要将牛顿环调节螺丝旋得过紧。为保护仪器，不要将牛顿环调节螺丝旋得过紧。注注注注意意意意：实实实实验验验验中中中中钠钠钠钠光光光光灯灯灯灯打打

9、打打开开开开后后后后，不不不不要要要要随随随随意意意意关关关关闭闭闭闭，经经经经常常常常开开开开、关关关关将将将将影响灯的寿命。影响灯的寿命。影响灯的寿命。影响灯的寿命。实验数据的处理方法实验数据的处理方法实验数据的处理方法实验数据的处理方法（请自己决定选择哪种方法）（请自己决定选择哪种方法）（请自己决定选择哪种方法）（请自己决定选择哪种方法）逐差法逐差法逐差法逐差法加权平均逐差法加权平均逐差法加权平均逐差法加权平均逐差法最小二乘法最小二乘法最小二乘法最小二乘法作图法作图法作图法作图法误差的主要来源与分析误差的主要来源与分析误差的主要来源与分析误差的主要来源与分析1 1 1 1.条纹的定位精度

10、（偶然误差）条纹的定位精度（偶然误差）条纹的定位精度（偶然误差）条纹的定位精度（偶然误差）定位误差的大小在条纹宽度的定位误差的大小在条纹宽度的定位误差的大小在条纹宽度的定位误差的大小在条纹宽度的1/51/101/51/10。解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：取级次较高的环进行测量。取级次较高的环进行测量。取级次较高的环进行测量。取级次较高的环进行测量。2 2 2 2.叉丝不平的影响（系统误差）叉丝不平的影响（系统误差）叉丝不平的影响（系统误差）叉丝不平的影响（系统误差）显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行

11、产生的误差。显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：改直径测量为弦长测量。改直径测量为弦长测量。改直径测量为弦长测量。改直径测量为弦长测量。3 3 3 3.平凸透镜的不稳定性（偶然误差平凸透镜的不稳定性（偶然误差平凸透镜的不稳定性（偶然误差平凸透镜的不稳定性（偶然误差/系统误差）系统误差）系统误差）系统误差）由固定螺丝的松紧度不同造成。由固定螺丝的松紧度不同造成。由固定螺丝的松紧度不同造成。由固定螺丝的松紧度不同造成。解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进行固定。镜间加很薄的环形垫圈进行固定。镜间加很薄的环形垫圈进行固定。镜间

12、加很薄的环形垫圈进行固定。课后思考课后思考课后思考课后思考 此实验中采取了那些措施，来避免或减少误差？此实验中采取了那些措施，来避免或减少误差？此实验中采取了那些措施，来避免或减少误差？此实验中采取了那些措施，来避免或减少误差？从从从从牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环装装装装置置置置投投投投射射射射上上上上来来来来的的的的光光光光形形形形成成成成的的的的干干干干涉涉涉涉圆圆圆圆环环环环与与与与反反反反射射射射光光光光形形形形成成成成的的的的干涉圆环有何不同？干涉圆环有何不同？干涉圆环有何不同？干涉圆环有何不同？如如如如果果果果被被被被测测测测透透透透镜镜镜镜是是是是平平平平凹凹凹凹透透透透镜镜镜镜，能

13、能能能否否否否应应应应用用用用本本本本实实实实验验验验方方方方法法法法测测测测定定定定其其其其凹凹凹凹面面面面曲率半径？请推导曲率半径的计算公式。曲率半径？请推导曲率半径的计算公式。曲率半径？请推导曲率半径的计算公式。曲率半径？请推导曲率半径的计算公式。当当当当平平平平凸凸凸凸透透透透镜镜镜镜与与与与平平平平板板板板玻玻玻玻璃璃璃璃之之之之间间间间有有有有一一一一小小小小间间间间隙隙隙隙时时时时（间间间间隙隙隙隙很很很很小小小小且且且且与与与与入入入入射光波长具有相同数量级），试讨论其对测量结果有无影响。射光波长具有相同数量级），试讨论其对测量结果有无影响。射光波长具有相同数量级），试讨论其对

14、测量结果有无影响。射光波长具有相同数量级），试讨论其对测量结果有无影响。如何利用本实验确定光学表面是凹面还是凸面？如何利用本实验确定光学表面是凹面还是凸面？如何利用本实验确定光学表面是凹面还是凸面？如何利用本实验确定光学表面是凹面还是凸面？牛牛牛牛顿顿顿顿环环环环中中中中央央央央图图图图样样样样是是是是怎怎怎怎样样样样的的的的？若若若若在在在在透透透透镜镜镜镜四四四四周周周周均均均均匀匀匀匀轻轻轻轻微微微微加加加加压压压压，将将将将看到什么现象？看到什么现象？看到什么现象？看到什么现象？有兴趣的同学可以参考相关资料思考一下以上问题！有兴趣的同学可以参考相关资料思考一下以上问题！有兴趣的同学可以参考相关资料思考一下以上问题！有兴趣的同学可以参考相关资料思考一下以上问题！