光的等厚干涉牛顿环实验报告 等厚干涉实验报告数据

牛顿环法测曲率半径的实验报告

一、实验名称：

光的等厚干涉牛顿环实验报告 等厚干涉实验报告数据

二、实验目的：1、观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。

调整测量装置

用眼睛在牛顿环装置上方观察，若环中心不是黑斑或黑斑偏离中部太远，可以轻轻对牛顿环框架螺钉进行调节（切勿用力过大，以免损坏透镜）。

启动钠光灯，让读数显微镜上的45°反射片对着钠光灯，然后调节反射片的倾斜度（实验用的显微镜已装在物镜头上），使显微镜视场中亮度最大。

将显微镜对准牛顿环装置正表面调焦，找到清晰的牛顿环，注意调焦时使物镜接近牛顿环装置（不要相碰），缓慢扭动调节手轮，使显微镜自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹为止。

轻轻地移动牛顿环装置的位置，使条纹中心大致对准叉丝，且当测微手轮转动移动叉丝时，叉丝与圆环相切。如叉丝倾斜可调节显微镜的目镜筒。调节后，在实验过程中不能再动牛顿环装置。

观察干涉条纹的分布特征:

注意观察当环心暗纹和叉丝左右移动时条纹间隔的变化，并注意条纹级数的计算。

测量牛顿环的直径

从环心（暗斑）开始，转动测微手轮。一边转动，一边数出暗纹的级数。例如，数到第m+2环后，反方向转动测微手轮，使十字叉丝交点对准第m条暗纹的中间，从显微镜的主尺和测微手轮上的游标刻度记下读数。

等厚干涉牛顿环实验设计的原理在实验装置中是如何实现的?

牛顿环实验是大学物理实验中理论和实验结合得比较紧密的实验，相关实验原理在大学物理理论课上有相关的章节，如何依据原理完成测量是实验要完成的任务，从而也体现了理论和实验的侧重点不同。牛顿环实验中形成的是等厚干涉条纹，是以中心接触点为圆心的同心圆，干涉条纹的半径与干涉级数、入射光的波长以及平凸透镜的曲率半径有关，在已知入射光波长的情况下，可以通过测量不同级数的条纹半价来测量曲率半径，实验中为提高测量精度实际测量的是条纹直径，并且考虑到条纹级数难以精确确定，对测量公式进行了一定的调整，尽管如此实验最终直接测量还是不同序数的干涉条纹与左侧以及右侧相切时的位置，实验装置为了完成这个测量用的是读数显微镜。

等厚干涉牛顿环的误差分析.

系统误差：平凸透镜与平面玻璃接触点有灰尘，引起附加光程差。再就是测量误差

牛顿环的螺丝未拧紧，透镜和平玻璃接触时产生的压力形变，使圆斑没有在中心，或者中心是个亮斑。

大学物理实验报告（用牛顿环测定透镜的曲率半径）怎么写

用牛顿环测透镜的曲率半径

光的干涉是光的波动性的一种表现.若将同一点光源发出的光分成两束,让它们各经不同路径后再相会在一起,当光程差小于光源的相干长度,一般就会产生干涉现象.干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用,如测量光波的波长,精确地测量长度、厚度和角度,检验试件表面的光洁度,研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等.牛顿环、劈尖是其中十分典型的例子,它们属于用分振幅的方法产生的干涉现象,也是典型的等厚干涉条纹.

【实验目的】

1. 观察和研究等厚干涉现象和特点.

2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度.

3. 熟练使用读数显微镜.

4. 学习用逐差法处理实验数据的方法.

【实验仪器】

测量显微镜,钠光光源,牛顿环仪,牛顿环和劈尖装置.

图1 实验仪器实物图

【实验原理】

1. 牛顿环

“牛顿环”是一种用分振幅方法实现的等厚干涉现象,最早为牛顿所发现.为了研究薄膜的颜色,牛顿曾经仔细研究过凸透镜和平面玻璃组成的实验装置.他的最有价值的成果是发现通过测量同心圆的半径就可算出凸透镜和平面玻璃板之间对应位置空气层的厚度；对应于亮环的空气层厚度与1、3、5…成比例,对应于暗环的空气层厚度与0、2、4…成比例.但由于他主张光的微粒说（光的干涉是光的波动性的一种表现）而未能对它作出正确的解释.直到十九世纪初,托马斯．杨才用光的干涉原理解释了牛顿环现象,并参考牛顿的测量结果计算了不同颜色的光波对应的波长和频率.

牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜,将其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的,如图2所示.平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层空气薄膜,其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加.若以平行单色光垂直照射到牛顿环上,则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差,它们在平凸透镜的凸面相遇后,将发生干涉.其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环（如图3所示）,称为牛顿环.由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的,因此称为等厚干涉.

图2 牛顿环装置图3 干涉圆环

与级条纹对应的两束相干光的光程差为

(1)

为第级条纹对应的空气膜的厚度；为半波损失.

由干涉条件可知,当=(2k＋1) （k＝0,1,2,3,...） 时,干涉条纹为暗条纹,即

得（2）

设透镜的曲率半径为R,与接触点O相距为r处空气层的厚度为d,由图2所示几何关系可得

由于R>>d,则 d2可以略去

（3）

由(23-2)和(23-3)式可得第k级暗环的半径为：

 (4)

由(4)式可知,如果单色光源的波长已知,只需测出第级暗环的半径rm,即可算出平凸透镜的曲率半径R；反之,如果R已知,测出rm后,就可计算出入射单色光波的波长.但是由于平凸透镜的凸面和光学平玻璃平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部弹性形变,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等因素的存在使得在暗环公式中附加了一项光程差,假设附加厚度为（有灰尘时a > 0,受压变形时a < 0）,则光程差为

由暗纹条件

得将上式代人（4）得

上式中的不能直接测量,但可以取两个暗环半径的平方差来消除它,例如去第环和第环,对应半径为

 -

-两式相减可得

所以透镜的曲率半径为

(5)

又因为暗环的中心不易确定,故取暗环的直径计算

（6）

 由上式可知,只要测出Dm与Dn（分别为第m与第n条暗环的直径）的值,就能算出R或.

2. 劈尖

将两块光学平玻璃叠合在一起,并在其中一端垫入待测的薄片（或细丝）,则在两块玻璃片之间形成一空气劈尖.当用单色光垂直照射时,和牛顿环一样,在空气劈尖上、下两表面反射的两束相干光发生干涉,其干涉条纹是一簇间距相等,宽度相等切平行于两玻璃片交线（即劈尖的棱）的明暗相间的平行条纹,如图4所示.

图4 空气劈尖干涉

由暗纹条件

（=0,1,2,...）

可得,第级暗纹对应的空气劈尖厚度为

第+1级暗纹对应的空气劈尖厚度为

两式相减得

上式表明任意相邻的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为.又此可推出相隔个条纹的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为

再由几何相似性条件可得待测薄片厚度为

式中,为两玻璃片交线与所测薄片边缘的距离（即劈尖的有效长度）,为个条纹间的距离,它们可由读数显微镜测出.

【实验仪器介绍】

1. 读数显微镜

如图5所示,读数显微镜的主要部分为放大待测物体用的显微镜和读数用的主尺和附尺.转动测微手轮,能使显微镜左右移动.显微镜有物镜、目镜和十字叉丝组成.使用时,被测量的物体放在工作台上,用压片固定.调节目镜进行视度调节,使叉丝清晰.转动调焦手轮,从目镜中观察,使被测量的物体成像清晰,调整被测量的物体,使其被测量部分的横面和显微镜的移动方向平行.转动测微手轮,使十字叉丝的纵线对准被测量物体的起点,进行读数（读数由主尺和测微等手轮的读数之和）.读数标尺上为0-50mm刻线,每一格的值为1mm,读数鼓轮圆周等分为100格,鼓轮转动一周,标尺就移动一格,即1mm,所以鼓轮上每一格的值为0.01mm.为了避免回程误差,应采用单方向移动测量.

1.目镜2.锁紧圈 3.锁紧螺丝4.调焦手轮 5.镜筒支架6.物镜7.弹簧压片8.台面玻璃 9.旋转手轮 10.反光镜11.底座 12.旋手 13.方轴 14.接头轴 15.测微手轮 16.标尺图5 读数显微镜结构图

2.钠光光源

灯管内有两层玻璃泡,装有少量氩气和钠,通电时灯丝被加热,氩气即放出淡紫色光,钠受热后汽化,渐渐放出两条强谱线589.0和589.3,通常称为钠双线,因两条谱线很接近,实验中可认为是比较好的单色光源,通常取平均值589.3作为该单色光源的波长.由于它的强度大,光色单纯,是最常用的单色光源.

使用钠光灯时应注意：

（1）钠光灯必须与扼流线圈串接起来使用,否则即被烧坏.

（2）灯点燃后,需等待一段时间才能正常使用（起燃时间约5-6）.

（3）每开、关一次对灯的寿命有影响,因此不要轻易开、关.另外,在正常使用下也有一定消耗,使用寿命只有500,因此应作好准备工作,使用时间集中.

（4）开亮时应垂直放置,不得受冲击或振动,使用完毕,须等冷却后才能颠倒摇动,避免金属钠流动,影响等的性能.

【实验内容及步骤】

一.利用牛顿环测平凸透镜曲率半径

1. 将牛顿环放置在读数显微镜工作台毛玻璃中央,并使显微镜镜筒正对牛顿环装置中心,点燃钠光灯,使其正对读数显微镜物镜的反射镜.

2. 调节读数显微镜

（1）调节目镜：使分划板上的十字刻线清晰可见,并转动目镜,使十字刻线的横刻线与显微镜筒的移动方向平行.

（2）调节反射镜：是显微镜视场中亮度最大,这时基本满足入射光垂直于待测透镜的要求.

（3）转动手轮15：使显微镜筒平移至标尺中部,并调节调焦手轮4,使物镜接近牛顿环装置表面.

（4）对读数显微镜调焦：缓缓转动调焦手轮4,使显微镜筒由下而上移动进行调焦,直至从目镜视场中清楚地看到牛顿环干涉条纹且无视差为止；然后再移动牛顿环装置,使目镜中十字刻线交点与牛顿环中心大致重合.

3. 观察条纹的分布特征.各级条纹的粗细是否一致,条纹间隔是否一样,并做出解释.观察牛顿环中心是亮斑还是暗斑,若为亮斑,如何解释?

4．测量暗环的直径.转动读数显微镜读数鼓轮,同时在目镜中观察,使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动至23环然后退回第22环,自第22环开始单方向移动十字刻线,每移动一环记下相应的读数直到第13环,然后再从同侧第10环开始记到第1环；穿过中心暗斑,从另一侧第1环开始依次记数到第10环,然后从第13环直至第22环.并将所测数据记入数据表格中.

二、用劈尖测薄片厚度

1. 从读数显微镜工作台上取下牛顿环,换上劈尖,使劈尖两玻璃片交线及薄片边缘在可测量区内.

2. 对显微镜调焦,从目镜中能看到清晰的干涉条纹.如果干涉条纹与两玻璃片交线不平行,则可能是压紧螺钉松紧不合适或薄片上有灰尘.适当调整压紧螺钉的松紧或者擦干净薄片,使干涉条纹与两玻璃交线平行.

3. 调整劈尖在工作台上的位置,使干涉条纹与十字刻线的纵线平行.

4. 转动鼓轮15,把显微镜筒移动到标尺一端再反转,测出劈尖有效L（即两玻璃交线与薄片边缘的距离）.

5. 在劈尖中部条纹清晰处,从第个暗条纹开始记数,然后每隔五个暗条纹记一次数,共记12个读书,记入自拟的数据表格中.用逐差法处理数据.

【注意事项】

1. 牛顿环仪、劈尖、透镜和显微镜的光学表面不清洁,要用专门的擦镜纸轻轻揩拭.

2. 读数显微镜的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.

3. 当用镜筒对待测物聚焦时,为防止损坏显微镜物镜,正确的调节方法是使镜筒移离待测物（即提升镜筒）.

【数据记录及处理】

一、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,我们要得到的测量结果是.下面将简要介绍一下的计算.由不确定度的定义知

其中,A分量为

B分量为 （为单次测量的B分量）

由显微镜的读数机构的测量精度可得（mm）

于是有

二、数据记录表

1．用牛顿环测透镜的曲率半径

分 组 I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

级 数 mi 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13

位 置 左

右直 径 Dmi

级 数 ni 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3

位 置 左

右直 径 Dni

直径平方差 D-D

透镜曲半 径 R

等厚干涉的物理实验报告的小结怎么写

1、调节显微镜镜筒的时候，要从最低点向上调，以免压坏牛顿环装置。

2、 钠光灯的窗口要正对着读数显微镜的45°玻璃片，尽量保证使光线平行射到４５°玻璃片上；

3、 调整读数显微镜的反光镜角度时，不要使显微镜视场中的光线太强，否则反而看不到干涉条纹；

4、 牛顿环装置的固定螺丝不要旋得太紧，以免变形过甚；

5、调焦时，严防读数显微镜的45°玻璃片与牛顿环或劈尖碰撞；

6、测量时要防止螺距差，并注意不要错数干涉条纹数目。

等厚干涉实验步骤

等厚干涉实验步骤：

工具/原料：

读数显微镜

牛顿环

钠灯

方法/步骤：

1、准备好仪器，了解仪器的使用方法。

2、取下读数显微镜目镜帽。打开钠灯，如图摆放。

3、如图放好牛顿环，光源对准目镜筒上45°平板玻璃。

4、调节显微镜，直到看到清晰的物相。

5、清晰物相如图。从第15环开始逐环测量定位置至第五环，再越过环心，从另一侧第5环侧至第15环为止，计算10个环的直径d。

6、对实验数据进行整理。注意事项：

实验过程中对实验的调节清晰度会影响实验的读数。

在读数的移动过程中定位不精确会对读数造成误差影响实验测量的精确性。

读数着本身操作的不规范性会对实验造成误差。

实验仪器本深存在着系统误差。

大学物理实验牛顿环实验报告(含数据)

用牛顿环测透镜的曲率半径。

光的干涉是光的波动性的一种表现，若将同一点光源发出的光分成两束，各经不同路径后再相会在一起，当光程差小于光源的相干长度，一般就会产生干涉现象，干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波的波长，精确地测量长度，厚度和角度。

如果单色光源的波长已知，只需测出第级暗环的半径rm，即可算出平凸透镜的曲率半径R，反之如果R已知，测出rm后就可计算出入射单色光波的波长。

由于平凸透镜的凸面和光学平玻璃平面不可能是理想的点接触，接触压力会引起局部弹性形变，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等因素的存在使得在暗环公式中附加了一项光程差。

扩展资料：

注意事项：

1、要求设计出实验数据记录表，原始数据记录不得用铅笔填写，不得大量涂改，实验完成后必须由指导老师签字。

2、通用设备简单列明，应写明仪器型号、规格和厂家，有些贵重仪器还要简单标注注意事项，并用括号围起来。

3、设计些问题要学生思考和推导，避免抄书，实验报告原理部分以此部分内容完成情况进行打分。

参考资料来源：

参考资料来源：

用牛顿环测透镜的曲率半径实验报告是什么?

用牛顿环测透镜的曲率半径实验报告如下：

实验目的：

1、掌握用牛顿环测透镜曲率半径的方法。

2、通过实验加深对等厚干涉原理的理解。

实验原理：

实验原理：当一曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一磨光玻璃板接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间形成一空气薄膜，离接触点等距离的地方厚度相等，等厚膜的轨迹是以接触点为圆心的圆。

若单色光从上面垂直照射，则由空气膜上下表面反射的光波将互相产生干涉。详细原理以及实验操作请见文章下方原创实验讲课视频。

实验步骤：

1、对牛顿环进行目视调节。

2、将读数标尺刻度调到适当位置，调节读数显微镜上反光镜，使钠黄光进入牛顿环仪，视野明亮。

3、调节显微镜目镜，直到十字叉丝移到适当位置，移动调焦手轮，直到看清牛顿环。

4、调整牛顿环仪和测微鼓轮，使显微镜十字叉丝对准牛顿环的中心位置，调解竖直准线与牛顿环相切，水平准线与载物台移动方向平行。

5、转动测微鼓轮，测量牛顿环直径，记录数据。

实验注意事项：

1、钠光灯不能反复开启，钠光灯打开后，不能马上使用，应等数分钟，待正常发光后，才能开始调显微镜视场。

2、在钠光灯下调显微镜视场时，应强调让钠黄光均匀地充满整个视场，不能在半明半暗状态下调出牛顿环。

3、先调目镜看清十字叉丝，再调焦距看清牛顿环图象，注意反复调节目镜和物镜“消视差”。

4、对牛顿环调焦距时，强调镜筒只能从下向上调节。

5、 测量进行时，要重点强调：测微鼓轮只能朝一个方向旋转，并指明调测方法，以防出现较大空回误差。