牛顿环试验参考指导书.doc

上 海 电 力 学 院

物理试验指导书

所属课程： 大学物理试验
试验名称： 牛顿环测定
面向专业： 电力、热动、信控
试验室名称： 物理试验室

5 月
一、试验目标：
1、观察光干涉现象；
2、用牛顿环测定透镜曲率半径。
二、试验仪器、设备：
名 称
型号、规格
备 注
牛顿环
R：855.1mm

钠光灯
λ：5893A°

读数显微镜
JCD2-3

三、原理摘要
R
e

一、原理：
将一曲率半径较大平凸透镜
置于一光学玻璃板上，在透镜
凸面和玻璃板之间就形成空气
薄膜，其厚度从中心到边缘逐
渐增加。当平行单色光垂直入
射时，反射光形成干涉图样为
以接触点为中心明暗交替
同心圆环——牛顿环。

其光路图：

二、公式：

其中： Dn为第n个暗环直径；λ为入射波波长。

四、试验内容和步骤：

1、 将牛顿环放置于读数显微镜工作台面上，调整平玻璃片，使之和水平成45°。
2、 调整光源、显微镜及牛顿环位置，以确保有足够光反射到读数显微镜中，并使环心对准叉丝交点。
3、 调整目镜，当看清叉丝后，拧紧锁紧螺钉。
4、 对显微镜调焦：先使物镜靠近物体，缓慢旋转调焦手轮，使物镜和牛顿环距离由小变大，直至象最清楚。
5、 缓慢而平稳地转动测微鼓轮，使显微镜向左移动并使目镜叉丝依次越过1，2，3，……39级暗环，并使叉丝和第40暗环相切。
6、 改变鼓轮转动方向，使显微镜向右移动，依次记下左边第38-20暗环中偶数环位置读数XK及X-K。继续转动鼓轮，越过第39暗环并使叉丝和第40暗环相切。
7、 再次改变鼓轮转动方向，依次记下左边第38-20暗环中偶数环位置读数X-K及XK。
五、试验数据统计：
位置X
（×10-3m）
第一组
第二组
平均值
（×10-3m）
K暗环直径
（×10-3m）
DK= XK- X-K
X38
13.376
13.340
13.358
D38=8.780
X36
13.494
13.466
13.480
D36=8.542
X34
13.609
13.584
13.597
D34=8.304
X32
13.734
13.704
13.719
D32=8.057
X30
13.864
13.841
13.853
D30=7.804
X28
13.992
13.968
13.980
D28=7.540
X26
14.124
14.114
14.119
D26=7.268
X24
14.269
14.248
14.259
D24=6.989
X22
14.412
14.394
14.403
D22=6.701
X20
14.562
14.540
14.551
D20=6.399
X-20
20.932
20.968
20.950
曲率半径
R（m）
X-22
21.091
21.116
21.104
X-24
21.236
21.260
21.248
R1
0.8585
X-26
21.382
21.392
21.387
R2
0.8545
X-28
21.509
21.530
21.520
R3
0.8531
X-30
21.636
21.678
21.657
R4
0.8490
X-32
21.760
21.791
21.776
R5
0.8466
X-34
21.889
21.912
21.901

X-36
22.012
22.032
22.022
X-38
22.130
22.146
22.138

六、数据处理：

1、 曲率半径平均值

2、 标准差

3、 相对误差

4、结果表示

R=（0.852±0.005）m
Er=0.6％
七、试验指导关键点及注意事项：

1、 对显微镜调焦时，切忌使物镜由上向下进行，以避免物镜和物体相碰而造成事故；
2、 牛顿环中心是暗斑。若为明斑，可采取下述方法处理，用擦镜纸仔细地将牛顿环仪内玻璃片和透镜接触两表面擦洁净即可；
3、 测量时应注意以下几点：
1） 一次测量中应保持鼓轮沿一个方向转动，中途不可倒转，目标在于避免因螺旋空转而带来误差；
2） 不可数错环数，不然要重测。
八、试验中一些现象分析讨论

1、 牛顿环各级条纹间隔有没有改变？并作出对应解释。
答：有改变，因为空气薄膜厚度非线性改变，从而光程差改变也是非线性。
2、 若牛顿环中心是亮斑是何原因？
答：是因为牛顿环仪内玻璃片和透镜接触两表面之间有灰尘造成接触存在空隙。
九、试验尚存在待处理问题：

十、预习题：

1、 牛顿环是怎样形成？它有什么特点？
答：利用分振幅原理形成相干光，从而形成牛顿环。干涉图样是以接触点为中心一系列明暗相间同心圆环。
2、 牛顿环中心为何是不规则暗斑？若中心为明斑怎样消除？
答：因为牛顿环仪内玻璃片和透镜接触点发生形变造成；若为明斑，可采取下述方法处理：用擦镜纸仔细地将牛顿环仪内玻璃片和透镜接触两表面擦洁净即可。
3、 怎样对显微镜调焦？应注意什么？怎样对目镜调焦？
答：对显微镜调焦：先使物镜靠近物体，缓慢旋转调焦手轮，使物镜和牛顿环距离由小变大，直至象最清楚。
对显微镜调焦时，切忌使物镜由上向下进行，以避免物镜和牛顿环相碰。
目镜调焦：伸缩目镜，当看清叉丝后，拧紧锁紧螺钉。
4、 怎样调整试验装置，以确保做到：（1）有足够光线反射到测微显微镜中；（2）圆环中心对准叉丝中心，而且当显微镜移动时，叉丝某根线和环相切。
答：（1）调整光源、显微镜及牛顿环位置。（2）确保叉丝某根线和显微镜移动方向垂直。
5、 为何一组数据测量过程中，必需保持鼓轮转动方向一致？
答：避免因螺旋空转而带来误差。

十一、复习思索题：

1、 本试验所观察到干涉条纹和厚度均匀簿膜干涉条纹有什么异同点？为何？
答：全部为同心圆环，前者间距由稀变密，后者等距离。因为前者空气薄膜厚度非线性改变，后者等厚。
2、 透射光牛顿环是怎样形成？它和反射光牛顿环在明暗条纹上有何区分？为何？
答：由透射光干涉形成。明暗相反。因为透射光无半波损失。
3、 若牛顿环内不是空气，而是折射率大于玻璃折射率透明液体，所观察到牛顿环有否改变？为何？
答：条纹将变密，即同一环半径变小，因为液体折射率大于空气。
十二、参考教材、文件

通常大学物理教材及试验指导教材
十三、备注