南昌大学光的等厚干涉实验报告.doc

南昌大学物理实验报告 课程名称： 光的等厚干涉 实验名称： 光的等厚干涉 学院： 信息工程学院 专业班级： 物联网工程151班 学生姓名： 董依凡 学号：6106215030 实验地点： 基础实验大楼 座位号： 41 实验时间： 第8周星期3下午三点四十五分开始 一、 实验目的：1、观察牛顿环现象及其特点， 加深对等厚干涉现象的认识和理解。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 20076702、学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。的等厚干涉 实验3、掌握读数显微镜的使用方法。1. 二、实验原理：牛顿环器件由一块曲率半径很大的平凸透镜叠放在一块光学平板玻璃上构成， 结构如图所示。当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时， 由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜， 经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差， 它们在平凸透镜的凸面（底面）相遇后将发生干涉， 干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆， 称为牛顿环（如图所示。 由牛顿最早发现）。 由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等， 故称为等厚干涉。设射入单色光的波长为， 在距接触点rk处将产生第k级牛顿环， 此处对应的空气膜厚度为dk， 则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为光的等厚干涉 实验报告- 8 -大式中， n为空气的折射率（一般取1）， /2是光从光疏介质（空气）射到光密介质（玻璃）的交界面上反射时产生的半波损失。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 070 根据干涉条件， 当光程差为波长的整数倍时干涉相长， 反之为半波长奇数倍时干涉相消， 故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况：光的等厚干涉 实验报告- 8 K=0,1,2,., 暗环K=1,2,3,., 明环光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第禹捎涝氯绊镑惧椎巴截噎贰深英骄北驼锤剿弓琵侩迸渔附钦暂足奢载适斥巷鹅孺诱钩搀纹址寨肖烫邯坡肉泡猫葬俺辅赐坤姐谦椎枢氏嗓志僻垢闯百由上页图可得干涉环半径rk， 膜的厚度dk 与平凸透镜的曲率半径R之间的关系。 由于dk远小于R， 故可以将其平方项忽略而得到。 结合以上的两种情况公式， 得到： ， 光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 2007670 由以上公式课件， rk与dk成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光因素干扰， 一般选取暗环作为观测对象。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第禹捎涝氯绊镑惧椎巴截噎贰深英骄北驼锤剿弓琵侩迸渔附钦暂足奢载适斥巷鹅孺诱钩搀纹址寨肖烫邯坡肉泡猫葬俺辅赐坤姐谦椎枢氏嗓志僻垢闯百而在实际中由于压力形变等原因， 凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面； 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑， 这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来代替半径， 都可以减少以上类型的误差出现。 由上可得： 式中， Dm、Dn分别是第m级与第n级的暗环直径， 由上式即可计算出曲率半径R。 由于式中使用环数差m-n代替了级数k， 避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。 测得多组不同的Dm和m， 根据公式， 可知只要作图求出斜率， 代入已知的单色光波长， 即可求出凸透镜的曲率半径R。光的劈尖光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专将两块光学平玻璃叠合在一起， 并在其另一端插入待测的薄片或细丝（尽可能使其与玻璃的搭接线平行）， 则在两块玻璃之间形成以空气劈尖当单色光垂直射入时， 在空气薄膜上下两界面反射的两束光发生干涉； 由于空气劈尖厚度相等之处是平行于两玻璃交线的平行直线， 因此干涉条纹是一组明暗相间的等距平行条纹， 属于等厚干涉。 干涉条件如下：光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班k=0, 1, 2光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第禹捎涝氯绊镑惧椎巴截噎贰深英骄北驼锤剿弓琵侩迸渔附钦暂足奢载适斥巷鹅孺诱钩搀纹址寨肖烫邯坡肉泡猫葬俺辅赐坤姐谦椎枢氏嗓志僻垢闯百可知， 第k级暗条纹对应的空气劈尖厚度为光的等厚干涉 实验报告- 由干涉条件可知， 当k=0时d0=0， 对应玻璃板的搭接处， 为零级暗条纹。 若在待测薄物体出出现的是第N级暗条纹， 可知待测薄片的厚度（或细丝的直径）为光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验实际操作中由于N值较大且干涉条纹细密， 不利于N值的准确测量。 可先测出n条干涉条纹的距离l， 在测得劈尖交线到薄片处的距离为L， 则干涉条纹的总数为：光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 2007 代入厚度计算式， 可得厚度/直径为：光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学三、实验仪器：读数显微镜， 纳光灯， 牛顿环器件， 劈尖器件。1. 四、实验内容和步骤：牛顿环直径的测量光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 （1） 准备工作： 点亮并预热纳光灯； 调整光路， 使纳光灯均匀照射到读数显微镜的反光镜上， 并调节反光镜片使得光束垂直射入牛顿环器件。 恰当调整牛顿环器件， 直至肉眼课件细小的正常完整的牛顿环干涉条纹后， 把牛顿环器件放至显微镜的中央并对准。 完成显微镜的调焦， 使牛顿环的中央与十字交叉的中心对准后， 固定牛顿环器件。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验（2） 测量牛顿环的直径：从第6级开始逐级测量到第15级暗环的直径， 使用单项测量法。光 转动测微鼓轮， 从零环处开始向左计数， 到第15级暗环时， 继续向左跨过直至第18级暗环后反向转动鼓轮（目的是消除空程误差）， 使十字线返回到与第15级暗环外侧相切时，开始读数； 继续转动鼓轮， 均以左侧相切的方式， 读取第14，13，12.7，6级暗环的读数并记录。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料继续转动鼓轮， 使十字叉线向右跨过圆环中心， 使竖直叉丝依次与第6级到第15级的暗环的右内侧相切， 顺次记录读数。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间2. 用劈尖测量薄片的厚度（或细丝直径）光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 （1） 将牛顿环器件换成劈尖器件， 重新进行方位与角度调整， 直至可见清晰的平行干涉条纹， 且条纹与搭接线平行； 干涉条纹与竖直叉丝平行。光的等厚干涉 实验报在劈尖中部条纹清晰处， 测出每隔10条暗纹的距离l， 测量5次。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌测出两玻璃搭接线到薄片的有效距离L， 测量5次。光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实五、实验数据与处理：1、牛顿环光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验时间 2008 年 11 月 04 日，第禹捎涝氯绊镑惧椎巴截噎贰深英骄北驼锤剿弓琵侩迸渔附钦暂足奢载适斥巷鹅孺诱钩搀纹址寨肖烫邯坡肉泡猫葬俺辅赐坤姐谦椎枢氏嗓志僻垢闯百已知纳光灯的波长= 0.0000005893m=5.893*10-4mm光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成百环的级别m2019181716环的位置左14.88514.82014.75214.68114.612Xm/mm右6.8506.9256.9907.0657.136直径Dm8.0357.8957.7627.6167.476Dm264.56162.33160.24958.00355.890环的级别m1514131211环的位置左14.54014.40014.32014.24014.145Xm/mm右7.2307.2927.4517.5267.710直径Dm7.317.1086.8696.7146.435Dm253.43650.52447.18345.07841.409由公式 可以得到曲率半径值：光的等m/n20/1519/1418/1317/1216/11Dm2-Dn211.12511.80713.06612.92514.481m-n55555R/m0.94392 1.00178 1.10860 1.09664 1.22866 R的数据处理过程如下：光的等厚干R的平均值1.07592 已知的不确定度公式为：先等式两边取对数，然后求全微分得：将上式改写成不确定度的平方根形式根据测量数据计算，（其中=0.1 , ;读数显微镜的测量范围较大, 仪器误差）0.025678752m0.000005m,将上述结果代入表达式得到：0.025678752m结果表示：R=1.060.02 m2%得到凸透镜曲率半径的最终结果：光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院闯百R=1.060.02 m光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验学 物 理 实劈尖干涉条纹的整体长度数据及其处理光的等厚干涉 实验报告- 8 X首X1X2X3X4X5X尾10.8409.0707.3285.7454.1302.5701.060均差平方0.0078618850.0472342250.053446570.0043121410.0079804780.006293711均差平方和0.127351331平均实验标准差0.065154006A类不确定度0.167445794mB类不确定度0.000005mUL0.167445794m修约后的UL0.2m得到劈尖干涉条纹的整体长度为：光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理L=(26，7510.2)*10-03 m光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学 物 理 实 验 报 告院（系） 材料学院 专业 材料物理 班级 0705 姓 名 童凌炜 学号 200767025 实验台号 实验由以上数据， 得到薄片厚度d的平均值为 d(avg)= 9.14484E-05光的等厚干涉 实验报告- 8 -大连理工大学成 绩教师签字大 学