用牛顿环测定透镜的曲率半径.课件

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,五邑大学物理实验中心,2010.9,光的等厚干涉牛顿环,实验目的要求：,1.理解牛顿环,干涉条纹的成因及特点,2.读数显微镜的调整和使用,3.学习用等厚干涉法测量透镜的曲率半径；,4.学会用逐差法处理实验数据。,实验原理,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。,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,D,k+m,D,k,d,A2,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,及环的圆心位置,；,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,读数显微镜,目镜,物镜,上下移动旋钮,水平移动旋钮,读数标尺,读数盘,读数显微镜由显微镜,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,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,实验内容,1、调节读数显微镜，找出牛顿环干涉条纹。,2、按书中数据记录表格，从左到右移动目镜，读出从外到内若干环的位置读数。,3、用逐差法计算被测透镜的曲率半径。,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。,仪器实物,预习与思考,1.用移测显微镜测量牛顿环直径时，若测量的不是干涉环的直径，而是干涉环的同一直线上的弦长，对实验是否有影响？为什么？,2.透射光能否形成牛顿环？它和反射光形成的牛顿环有什么区别？,3.,用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径？,4.有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？,5.实验中，若平板玻璃上有微小的凸起，则凸起处的干涉条纹发生变化。此时干涉条纹如何变化？,