23等厚干涉实验——牛顿环-大学物理实验.ppt

等厚干涉实验牛顿环大学物理实验大学物理实验2021/10/101主要内容主要内容简介简介名词解释名词解释实验目的实验目的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2021/10/102简介 牛顿环是一种光的等厚干涉现象。牛顿牛顿环是一种光的等厚干涉现象。牛顿对牛顿环作了精确的定量测定，可以说已对牛顿环作了精确的定量测定，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于过分经走到了光的波动说的边缘，但由于过分偏爱他的微粒说，始终无法正确解释这个偏爱他的微粒说，始终无法正确解释这个现象。直到现象。直到19世纪初，英国科学家托马斯世纪初，英国科学家托马斯 杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环现杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环现象。象。2021/10/103实验目的观察牛顿环干涉条纹的特点，加深对光的观察牛顿环干涉条纹的特点，加深对光的波动性的认识。波动性的认识。掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的方法。方法。学习使用读数显微镜。学习使用读数显微镜。2021/10/104名词解释名词解释等厚干涉等厚干涉半波损失半波损失牛顿环牛顿环返回目录页返回目录页2021/10/105等厚干涉等厚干涉平行光照射到薄介质上，介质上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生干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射光有涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉光强度，这就是等厚干涉。返回返回2021/10/106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，光光程程差差为为/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2021/10/107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隙。气隙。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2021/10/108仪器介绍仪器介绍读数显微镜读数显微镜钠灯钠灯平凸透镜平凸透镜2021/10/109读数显微镜读数显微镜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2021/10/1010钠灯钠灯 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被蒸发并放电发出黄色光。钠被蒸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，并并取其平均值取其平均值589.30nm589.30nm为波长。为波长。2021/10/1011平凸透镜平凸透镜 平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。平凸透镜平凸透镜平板玻璃平板玻璃2021/10/1012实验内容实验内容实验公式实验公式 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。2021/10/1013实验公式实验公式 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，其其中中后后一一项项是是“半半波损失波损失”。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，得得到到曲曲率率半半径径计算公式：计算公式：2021/10/1014操作要点操作要点仪器布置仪器布置观测牛顿环观测牛顿环测量直径测量直径2021/10/1015仪器布置仪器布置2021/10/1016观测牛顿环观测牛顿环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。此此时时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。通过目镜可以看到明亮的黄色背景。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，不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。2021/10/1017测量牛顿环直径测量牛顿环直径取取m=30，n=15。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30圈圈外外向向第第30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C30，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15圈圈读读取取C15；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），越过中央暗环，按同样方法读取差），越过中央暗环，按同样方法读取C15、C30。将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量。2021/10/1018数据处理数据处理数据记录数据记录（自行设计表格）（自行设计表格）曲率半径计算曲率半径计算不确定度评定不确定度评定2021/10/1019曲率半径计算曲率半径计算2021/10/1020不确定度评定不确定度评定先先分分别别计计算算u(D15)和和u(D5),其其中中B类类不不确确定定度均可取度均可取 。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。2021/10/1021