用牛顿环测定透镜的曲率半径

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,同济大学物理实验室,*,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,用牛顿环测定透镜的曲率半径,部分资料取自网上，仅供教学参考使用,注意：本教学片中引用的图片或其它资料，无论注明与否，版权均属原作者或单位所有。,光的等厚干涉牛顿环、劈尖,1.,干涉条纹的成因及特点,2.,牛顿环测定透镜曲率半径原理,3.,读数显微镜的调整和使用,4.,牛顿环透镜组,5.,实验内容与数据处理,6.,误差分析,17,世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现 干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。,他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。,这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为,“牛顿环”,。,托马斯,杨是波动光学的奠基者之一。,他发现利用透明物质薄片同样可以观察到干涉现象，进而引导他对牛顿环进行研究，他用自己创建的干涉原理解释牛顿环的成因和薄膜的彩色，,并第一个近似地测定了七种色的光的波长，从而完全确认了光的周期性，为光的波动理论找到了又一个强有力的证据。,牛顿环干涉条纹的成因,光程差：,第,k,级暗条纹的半径为,:,由干涉条件,:,明环,暗环,由图可见,:,牛顿环干涉条纹的特点,1.分振幅、等厚干涉；,2.明暗相间的同心圆环；,3.级次中心低、边缘高；,4.间隔中心疏、边缘密；,5.同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。,牛顿环测透镜曲率半径的原理,透镜,凸面与平板玻璃表面间并非理想的点接触，难以准确判断干涉级次,k,；,读数显微镜目镜中的十字叉丝,不易,做到与干涉条纹严格相切。,测量时不用,原因：,d,A1,d,A2,d,B2,d,B1,D,k+m,D,k,读数显微镜,读数显微显微镜与移动测量装置组成,显微镜由目镜、分划板和短焦距物镜组成,读数,显微镜的成像光路,F,1,F,1,F,2,F,2,f,1,f,2,L,视角放大率：,M,=0.25,f,1,f,2,目镜,物镜,叉丝平面,明视距离,显微镜调焦第一步：旋转目镜,F,1,F,1,目镜,物镜,叉丝平面,明视距离,F,2,F,2,F,2,F,2,F,2,F,2,使十字叉丝成象在明视距离处,显微镜调焦第二步：调节升降螺旋,叉丝平面,明视距离,目镜,物镜,F,1,F,1,F,2,F,2,成虚象范围,使物成象在与叉丝象相同的平面上,读数,显微镜的视差,成因：叉丝与物的象不共面,消除方法：仔细调焦,叉丝像平面,物像平面,视差,共面,无视差,螺母,载物平台或显微镜,读数显微镜的,空程误差,空程误差,10,15,螺尺,螺杆,螺杆,螺尺,5,10,属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；消除方法：测量时只往同一方向转动螺尺,牛顿环透镜组合,用凸,凹透镜组合,R,1,用凸,凸透镜组合,用凹,凹透镜组合,牛顿环的应用,牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表明间距变化情况。利用牛顿环可以检测光学球面（或平面）的加工质量。,根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。,在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量其折射率,n,实验室布置,实,验,室,布,置,实验内容,1.,启动钠光灯电源。,2.,调节牛顿环装置。,3.,前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的,反光玻璃。直至眼睛看到显微镜视场较亮,.,4.,用显微镜观察干涉条纹。,5.,调节目镜看清目镜筒中的叉丝,6.,转动测微鼓轮，使十字叉丝交点接近牛顿环中心,.,7.,转动测微鼓轮使叉丝超过第,33,环，然后倒回到,30,环开始读数,.,依次记录从左,3021,右,2130,各环相对位置读数,.,8.,计算结果,.,实验数据的处理方法,逐差法,加权平均逐差法,最小二乘法,作图法,误差的主要来源与分析,1.,条纹的定位精度（偶然误差）,定位误差的大小在条纹宽度的,1/51/10,。,解决办法：取级次较高的环进行测量。,2.,叉丝不平的影响（系统误差）,显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。,解决办法：改直径测量为弦长测量。,3.,平凸透镜的不稳定性（偶然误差,/,系统误差）,由固定螺丝的松紧度不同造成。,解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进行固定。,