等厚干涉(干涉法测微小量)

大学物理实验报告姓名：；学号； 班级；教师;信箱号： 预约时间：第 周、星期 、第 节；座位号：预习操作实验报告总分教师签字一、实验名称 等厚干涉二、实验目的（1）观察和研究等厚干涉的现象及其特点 .（2）练习用干涉法测量透镜的曲率半径、微小厚度 （或直径 ）三、实验原理 （基本原理概述、重要公式、简要推导过程、重要图形等；要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材）利用透明薄膜上、下两表面对入射光的依次反射，入射光的振幅 将分解成有一定光程差的几个部分这是一种获得相干光的重要途 径，被多种干涉仪所采用若两束反射光在相遇时的光程差取决于产 生反射光的薄膜厚度，则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同这就 是所谓的等厚干涉。（见右图）总的光程差为：A A-一 -丁=当满足条件：丄二二；.；二二 1 m）时，发生相长干涉，出现第K级亮纹。 而当：时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。因为同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条纹是 一组等厚度线。可以想见，干涉条纹是一组以C点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。如图所示，设第k级条纹的半径为rk，对应的膜厚度为ek，则：在实验中，R的大小为几米到十几米，而ek的数量级为毫米，所以Rek，ek2相对于2Rk 是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为如果rk是第k级暗条纹的半径，由式(1 )和(3)可得:匚.= 2代入式(5)得透镜曲率半径的计算公式二=7 (7)对给定的装置，R为常数，暗纹半径:= .T7(8)和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细。由于从劈尖的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在劈尖的 上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差等于劈尖厚度的两倍，即=二n二0时，：-，即在两玻璃片交线处为零级暗条纹。如果在细丝处呈现n二N级条纹,则待测细丝直径为四、实验内容和步骤(要求用自己的语言概括与总结，不可照抄教材)1. 观察牛顿环。(1) 将牛顿环按图 3 所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节架下方，调节玻璃片的角度，使 通过显微镜目镜观察时视场最亮。(2) 调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，使显微镜镜筒下降到接近牛顿环仪然后缓慢上升 直到观察到干涉条纹，再微调玻璃片角度和显微镜，使条纹清晰。2. 测牛顿环半径。(1) 使显微镜十字叉丝交点和牛顿环中心重合，并使水平方向的叉丝和标尺平行(与显微镜移动方向平行)。(2) 转动显微镜微调鼓轮，使显微镜沿一个方向移动，同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数， 直到竖丝与第45 环相切为止。记录标尺读数。(3) 反向转动鼓轮，当竖丝与第40 环相切时，记录读数显微镜上的位置读数，然后继续转动 鼓轮，使竖丝依次与第35、30、25、20、15、10、5 环相切，顺次记下读数。(4) 继续转动鼓轮,越过干涉圆环中心，记下竖丝依次与另一边的 5、10、15、20、25、30、 35、40 环相切时的读数。3. 利用逐差法处理得到的数据，得到牛顿环半径R。1. 观察干涉条纹。(1) 将劈尖按图4 所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节架下方，调节玻璃片的角度，使通 过显微镜目镜观察时视场最亮。(2) 调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，使显微镜镜筒下降到接近劈尖然后缓慢上升，直 到观察到干涉条纹，再微调玻璃片角度和显微镜，使条纹清晰。2. 测量。(1) 使显微镜的十字叉丝交点与劈尖中心重合，并使其与显微镜镜筒移动方向平行。(2) 在劈尖玻璃面的三个不同部分，测出20 条暗纹的总长度，测3个求平均值。(3) 按公式求细丝直径。五、数据记录1. 实验仪器(记录实验中所用仪器的名称、型号、精度等级等参数)牛顿环法测曲率半径实验的主要仪器有:读数显微镜、Na光源、牛顿环仪用劈尖测细丝直径实验的主要仪器有:读数显微镜、 Na 光源、劈尖2. 原始数据记录(原始数据表格只需要画出与数据记录有关的部分，禁止用铅笔记录数据，伪造、抄袭数据按作弊处理，该实验计零分)30292827 26 10 9876左60.21360.13460.04559.963 59.873 58.182 58.04557.89457.72357.545右50.85550.93551.01251.093 51.174 52.865 53.01353.16453.32253.502A0 ii+10i+20I+30Amax54.97855.98656.61557.24857.88159.393六、实验数据整理及数据处理（需画表格，重新将原始数据整理、誊写一遍, 在原始数据记录项中直接进行数据处理的视为无效。要求表格清晰完整，有效数字 位数正确，符号、单位清楚，写出必要的过程，运算过程规范，结果表达式正确）0.187(钠 =5.893x10 4mm,单位：mm)级次mn3029282726109876D2 D2的平均值mn取 m-n=20干涉环坐标左x,60.21360.13450.04559.96359.873 .58.182 518.045 57.894 57.72357.545右x250.85550.93551.01251.09351.1742865 513.013 53.164 53.32253.502直径D =| x x9.3589.1999.0338.87& 6995.3175.0324.734.4014.043D287.57284.62281.59578.67775.67328.27025.32122.37319.36916.346(D2 D2)mni59.30259.30159.22259.30859.327D2 D2=59.292（氏-氏汗1x10-048x10-55x10-33x10-41x10-3mn另也底-毋)T 6.48x10-3项目A0ii+10i+20i+30Amax坐标读数A/mm54.97855.98656.61557.24857.88159.393x = (i + m) i / 条102030L =A A/mm0.6291.2621.895平均值n = x / L /(条/mm)15.89815.84815.83115.859TL =1A A I /mmmax0e = (nL 九 /2)/mm牛顿坏实验内容的数掘处理及结果表达.冷 I/)- / I h.- ./I ： 2577A类;0.018mm25x(5-l)甘_ J _ 5.78x10-3气時-对-更一合成:n广亦7兀爲 Q189mm20.4mm4-n)2.i：: A1257.70.4mm七、分析讨论：回答教材课后思考题实验中遇到的问题（故障、差错）及处 理办法，结果如何？实验后对实验原理和方法的新认识对实验误差和标准不确 定度来源的探讨及减小的办法 实验的独特见解；是否可通过其他途径达到同样的 实验目的和结果 需要商榷的问题及对本实验的建议等。思考题：（1） 实验中如何避免读数显微镜存在的空回误差?（2） 试比较牛顿环和劈尖的干涉条纹的异同点. 答（1）读数显微镜的测微鼓轮在每次测量中始终沿着同一方向旋转， 中途不可倒退（2）相同点：都是薄膜干涉,且这个薄膜一般都是空气。不同点：劈尖干涉，形成的是等厚的直条纹，且劈尖夹角e越大，条纹 越密。牛顿环，形成的同心干涉环，中心必是暗点，且曲率半径 R 越大，环越 稀疏。