等厚干涉實驗
【實驗簡介】
牛頓環和尖劈實驗是經典的干涉實驗，很直觀，原理比較容易理解，還有一定的應用價值，因此也是光學的最基本實驗之一。
本實驗的目的是讓學生通過對牛頓環條紋的觀察和測量，了解干涉的基本理論，同時通過本實驗了解由於平凸透鏡中心與平晶接觸面不規則產生的現象導致無法判斷牛頓環的圓心，因此實驗中採用測量圓的直徑的方法。學習用逐差法處理所得的資料。通過本實驗學生還可以學會正確使用讀數顯微鏡。
【教學目的】
1、讓學生通過對牛頓環和劈尖的觀察和測量進一步了解干涉的基本理論。
2、逐差法處理資料。
3、學會正確使用讀數顯微鏡。
【實驗儀器】牛頓環、鈉光燈、讀數顯微鏡
【實驗原理】
1． 球面曲率半徑的測量原理
牛頓環儀由一塊曲率半徑較大的平凸玻璃與一塊光學平板玻璃構成。將平凸玻璃的凸面放在平板玻璃上方，凸面與平板玻璃之間形成了一厚度由接觸點到邊緣逐漸增加的空氣薄層。當單色光垂直照射到牛頓環上，經空氣薄層的上下表面反射後，將在凸面處相遇產生干涉，其干涉影象是以接觸點為中心的一組明暗相間的同心圓環，如圖1所示。
如圖2所示，設平凸玻璃透鏡的凸球面的曲率半徑為r，與接觸點o相距為r處的空氣薄層的厚度為e，垂直入射的單色光波長為。單色光經空氣薄層上下表面反射厚在凸面出相遇時，
其光程差1）
其中為光從平板玻璃表面反射時的半波損失。
從圖中的幾何關係可知：
2）因，所以項可以忽略，則有3)
將（3）帶入（1）得4）
有干涉理論可知，產生暗環的條件是：
5）從公式（4）（5）可得6）
所以，只要能測出k級暗環的半徑，已知光波波長，即可求出曲率半徑r，反之亦可由已知曲率半徑r求出入射光波長。
在實際測量中，由於接觸點處的壓力引起玻璃的彈性形變，以及接觸點不十分乾淨，因此接觸點不可能是乙個理想的點，而是乙個不清晰的模糊圓斑，它的邊緣所對應的級數無法確定，每一暗環對應的級數也無法確定。為此我們採用測量兩暗環的半徑來加以消除。
設第m級和第n級暗環半徑分別為和，根據式（6），有
7）8）
兩式相減，得9）
由上式可知，兩暗環半徑的平方差只與它們相隔幾個暗環的數目（）有關，而與它們各自的級數無關。因此我們在測量時就可以用環數代替級數。用這種方法不但解決了級數無法確定的因素，而且消除了由於接觸點形變，微小灰塵產生的附加光程差。
由於接觸點不是乙個理想的點，環心不易確定，直接測量半徑，會產生較大誤差，因此我們改為測量暗環直徑，式（9）可改寫為10）
設()，則11）
【實驗內容及步驟】
1. 觀察牛頓環的干涉圖樣
（1） 調整牛頓環儀的三個調節螺絲，在自然光照射下將干涉圖樣移到牛頓環儀的中心
附近意螺絲調節不能太緊，以免中心暗斑太大，甚至損壞牛頓環儀。
（2） 將牛頓環儀放在顯微鏡筒正下方，點亮鈉光燈，使發出的光（=589.3nm）射到與水平45角的玻璃片上，經反射後，垂直入射到牛頓環儀上。
（3） 調節讀數顯微鏡的目鏡，使能清晰的看到十字叉絲像，並使叉絲橫絲與讀數標尺平行，豎絲與讀數標尺垂直，消除視差。
（4） 調節450玻璃片，使讀數顯微鏡看到的視場亮度最大。
（5） 自下而上緩慢調節鏡筒，直至觀察到清晰的干涉影象。移動牛頓環儀，使中心暗斑位於視域中心。
2. 測量牛頓環的直徑
（1） 選取要測量的m和n各五個條紋，如m取為13，12，11，10，9五個環，n為8，7，6，5，4五個環。
（2） 轉動鼓輪，先使鏡筒向左移動，順序數到15環，再向右轉到13環，使叉絲與干涉條紋外切，記錄讀數。然後繼續轉動鼓輪，使叉絲依次與12，11，···，4環外切，順序記下讀數;再繼續轉動鼓輪，使叉絲依次與圓心右4，5，···，13環內切，也順序記下各還的讀數。注意在一次測量過程中，鼓輪應沿著乙個方向旋轉，中途不得反轉，以免因齒輪間空隙引起空轉而產生測量誤差。
（3） 由左右測量的讀數算出各圓直徑。為提高結果的準確性，採用逐差法處理資料。將第13圈與第8圈，第12圈與第7圈，···，第9圈與第4圈組合，求出的平均值，最後帶入式（11），求出牛頓環儀平凸玻璃凸球面的曲率半徑。
[資料處理與結果]
測量平凸透球面的曲率半徑
（1） 將測量資料填入下表，並計算及
（2） 確定平凸透鏡凸面曲率半徑的最佳值和不確定度
實驗結果： (mm) 。
()， ()，
表1 平凸透球面的曲率半徑測量資料
[基本思考題]
1. 牛頓環干涉條紋形成在哪個面上？產生的條件是什麼？
2. 牛頓環的中心在什麼情況下是暗的，在什麼情況下是亮的？
3. 本實驗裝置是如何使等厚條紋產生的條件得到近似滿足的？
4. 為什麼相鄰兩暗條紋（或明條紋）之間的距離靠近中心的要比邊緣的大？對測量的暗條紋應如何進行選擇？
5. 在測量過程中，讀數顯微鏡為什麼只能單方向前進，而不能後退？測量中萬一擰過頭，應該怎麼辦？
6. 如何用平凹透鏡代替牛頓環裝置中的平凸透鏡（此時在凹面與平板玻璃間形成一空氣薄膜層），問能否測出其曲率半徑？寫出計算公式。
教案光的等厚干涉與應用
林一仙一目的 1 觀察光的等厚干涉現象，加深理解干涉原理 2 學習牛頓環干涉現象測定該裝置中平凸透鏡的曲率半徑 3 掌握讀數顯微鏡的使用方法 4 掌握逐差法處理資料的方法 二儀器讀數顯微鏡，鈉光燈，牛頓環裝置 三原理牛頓環裝置是乙個曲率半徑相當大的平凸透鏡放在一平板玻璃上，這樣兩玻璃間形成空氣薄層厚...
光的等厚干涉,實驗報告參考v1
佛山科學技術學院 實驗報告 課程名稱大學物理實驗實驗專案 專業班級姓名學號 指導教師成績日期 200 年月日 實驗報告內容 一.實驗目的二.實驗儀器 儀器名稱 型號 引數 編號 三.實驗原理 原理文字敘述和公式 原理圖 四.實驗步驟 五 實驗資料和資料處理六.實驗結果七.分析討論 實驗結果的誤差 和...
yc的等厚干涉實驗報告
南昌大學物理實驗報告 學生姓名 楊成學號 6106215026專業班級 物聯網151 實驗時間 16 時第 2 周星期 3座位號 41 實驗目的與要求 1.觀察牛頓環現象及其特點，加深對等厚干涉現象的認識和理解。2.學習用等厚干涉法測量平凸透鏡曲率半徑和薄膜厚度。3.掌握讀數顯微鏡的使用方法。實驗原...