牛顿环实验指导书

上海电力学院物理实验指导书所属课程： 大学物理实验 实验名称： 牛顿环的测定 面向专业：电力、热动、信控实验室名称：物理实验室 2006年 5 月一、实验目的：1、观察光的干涉现象；2、用牛顿环测定透镜的曲率半径。二、实验仪器、设备：名 称型号、规格备 注牛顿环R：855.1mm钠光灯：5893A读数显微镜JCD2-3三、原理摘要Re一、原理：将一曲率半径较大的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的明暗交替的同心圆环牛顿环。 其光路如图：二、公式： 其中： Dn为第n个暗环的直径；为入射波波长。四、实验内容与步骤：1、 将牛顿环放置于读数显微镜工作台面上，调节平玻璃片，使之与水平成45。2、 调节光源、显微镜及牛顿环的位置，以保证有足够的光反射到读数显微镜中，并使环心对准叉丝交点。3、 调节目镜，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，使物镜与牛顿环距离由小变大，直至象最清晰。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，并使叉丝与第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暗环中偶数环的位置的读数XK及X-K。继续转动鼓轮，越过第39暗环并使叉丝与第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暗环中偶数环的位置的读数X-K及XK。五、实验数据记录：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 X3813.37613.34013.358D38=8.780X3613.49413.46613.480D36=8.542X3413.60913.58413.597D34=8.304X3213.73413.70413.719D32=8.057X3013.86413.84113.853D30=7.804X2813.99213.96813.980D28=7.540X2614.12414.11414.119D26=7.268X2414.26914.24814.259D24=6.989X2214.41214.39414.403D22=6.701X2014.56214.54014.551D20=6.399X-2020.93220.96820.950曲率半径R（m）X-2221.09121.11621.104X-2421.23621.26021.248R10.8585X-2621.38221.39221.387R20.8545X-2821.50921.53021.520R30.8531X-3021.63621.67821.657R40.8490X-3221.76021.79121.776R50.8466X-3421.88921.91221.901X-3622.01222.03222.022X-3822.13022.14622.138六、数据处理：1、 曲率半径的平均值 2、 标准差3、 相对误差 4、结果表示 R=（0.8520.005）m Er=0.6七、实验指导要点及注意事项：1、 对显微镜调焦时，切忌使物镜由上向下进行，以避免物镜与物体相碰而造成事故；2、 牛顿环中心是暗斑。若为明斑，可采取下述方法解决，用擦镜纸仔细地将牛顿环仪内玻璃片与透镜接触的两表面擦干净即可；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，目的在于避免因螺旋的空转而带来误差；2） 不可数错环数，否则要重测。八、实验中某些现象的分析讨论1、 牛顿环各级条纹间隔有无变化？并作出相应的解释。答：有变化，因为空气薄膜的厚度非线性变化，从而光程差的变化也是非线性的。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与透镜接触的两表面之间有灰尘造成接触存在空隙。九、实验尚存在待解决的问题：十、预习题：1、 牛顿环是怎样形成的？它有什么特点？答：利用分振幅的原理形成相干光，从而形成牛顿环。干涉图样是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环。2、 牛顿环的中心为什么是不规则的暗斑？若中心为明斑怎样消除？答：因为牛顿环仪内玻璃片与透镜接触点发生形变导致；若为明斑，可采取下述方法解决：用擦镜纸仔细地将牛顿环仪内玻璃片与透镜接触的两表面擦干净即可。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，使物镜与牛顿环距离由小变大，直至象最清晰。对显微镜调焦时，切忌使物镜由上向下进行，以避免物镜与牛顿环相碰。目镜调焦：伸缩目镜，当看清叉丝后，拧紧锁紧螺钉。4、 怎样调整实验装置，以保证做到：（1）有足够的光线反射到测微显微镜中；（2）圆环中心对准叉丝中心，并且当显微镜移动时，叉丝的某根线与环相切。答：（1）调整光源、显微镜及牛顿环的位置。（2）保证叉丝的某根线与显微镜移动方向垂直。5、 为什么一组数据的测量过程中，必须保持鼓轮转动方向一致？答：避免因螺旋的空转而带来误差。十一、复习思考题：1、 本实验所观察到的干涉条纹与厚度均匀的簿膜干涉条纹有什么异同点？为什么？答：都为同心圆环，前者间距由稀变密，后者等距离。因为前者空气薄膜的厚度非线性变化，后者等厚。2、 透射光的牛顿环是如何形成的？它与反射光的牛顿环在明暗条纹上有何区别？为什么？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的透明液体，所观察到的牛顿环有否变化？为什么？答：条纹将变密，即同一环的半径变小，因为液体折射率大于空气。十二、参考教材、文献一般大学物理教材及实验指导教材十三、备注