牛顿环实验论文.doc

牛顿环实验论文班级：机械2班 学号：100104255 姓名：张锦程 摘要：牛顿环”又称“牛顿圈”，是光的一种分振幅法等厚干涉现象。例如，用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。 关键词：牛顿环，干涉，分振幅法，曲率Abstract： Newtonian ring also known as Newtons ring, is a method of dividing amplitude optical isopachous interference phenomenon. For example, a large radius of curvature of the convex lens and a flat glass contact, in daylight or white light irradiation, can see the point of contact for a scotoma, around for some shade and white color ring; and a monochromatic light exposure, the performance of some alternating light and dark color circle. The circle of distance ranging from the focal point, the distance increases gradually narrowing. Keyboards：Newtonian ring, interference, division of amplitude method, curvature. 引言：牛顿环是光学实验和测量中除了读数显微镜外常用的实验仪器。牛顿环实验是大学物理中一个很重要的实验。既能培养学生的基本实验技能，又能提高同学的解决实际问题的能力。 正文：1.实验简介 牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，将其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图2所示。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环（如图3所示），称为牛顿环。由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此称为等厚干涉。图2 牛顿环装置图3 干涉圆环 2.实验内容及步骤 1.将牛顿环放置在读数显微镜工作台毛玻璃中央，并使显微镜镜筒正对牛顿环装置中心，点燃钠光灯，使其正对读数显微镜物镜的反射镜。 2.调节读数显微镜 （1）调节目镜：使分划板上的十字刻线清晰可见，并转动目镜，使十字刻线的横刻线与显微镜筒的移动方向平行。 （2）调节反射镜：是显微镜视场中亮度最大，这时基本满足入射光垂直于待测透镜的要求。 （3）转动手轮15：使显微镜筒平移至标尺中部，并调节调焦手轮4，使物镜接近牛顿环装置表面。 （4）对读数显微镜调焦：缓缓转动调焦手轮4，使显微镜筒由下而上移动进行调焦，直至从目镜视场中清楚地看到牛顿环干涉条纹且无视差为止；然后再移动牛顿环装置，使目镜中十字刻线交点与牛顿环中心大致重合。 3. 观察条纹的分布特征。各级条纹的粗细是否一致，条纹间隔是否一样，并做出解释。观察牛顿环中心是亮斑还是暗斑，若为亮斑，如何解释？ 4测量暗环的直径。转动读数显微镜读数鼓轮，同时在目镜中观察，使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动至23环然后退回第22环，自第22环开始单方向移动十字刻线，每移动一环记下相应的读数直到第13环，然后再从同侧第10环开始记到第1环；穿过中心暗斑，从另一侧第1环开始依次记数到第10环，然后从第13环直至第22环。并将所测数据记入数据表格中。 3.实验处理及方法 与级条纹对应的两束相干光的光程差为 (1)为第级条纹对应的空气膜的厚度；为半波损失。由干涉条件可知，当=() （0，1，2，3，.） 时，干涉条纹为暗条纹，即得 （2）设透镜的曲率半径为，与接触点相距为处空气层的厚度为，由图2所示几何关系可得由于，则 d2可以略去 （3）由(23-2)和(23-3)式可得第级暗环的半径为： (4)由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，只需测出第级暗环的半径m，即可算出平凸透镜的曲率半径；反之，如果已知，测出m后，就可计算出入射单色光波的波长。但是由于平凸透镜的凸面和光学平玻璃平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部弹性形变，使接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑；或者空气间隙层中有了尘埃等因素的存在使得在暗环公式中附加了一项光程差，假设附加厚度为（有灰尘时a 0，受压变形时a 0），则光程差为由暗纹条件得 将上式代人（4）得上式中的不能直接测量，但可以取两个暗环半径的平方差来消除它，例如去第环和第环，对应半径为 -两式相减可得所以透镜的曲率半径为 (5)又因为暗环的中心不易确定，故取暗环的直径计算 （6） 由上式可知，只要测出m与n（分别为第m与第n条暗环的直径）的值，就能算出或。 4.论证 牛顿虽然发现了牛顿环，并做了精确的定量测定，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于过分偏爱他的微粒说，始终无法正确解释这个现象。事实上，这个实验倒可以成为光的波动说的有力证据之一。直到19世纪初，英国科学家托马斯杨才用光的波动说完满地解释了牛顿环实验。 5.牛顿环应用 判断透镜表面凸凹