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1、凸透镜曲率半径的测量大学物理实验Instructor:赵伟Email:凸透镜曲率半径的测量实验目的 实验仪器实验原理实验内容注意事项数据处理实验目的实验目的观察光的等厚干涉现象观察光的等厚干涉现象,加深理解干涉原加深理解干涉原理理学习利用牛顿环干涉原理测定平凸透镜学习利用牛顿环干涉原理测定平凸透镜的曲率半径的方法的曲率半径的方法学习读数显微镜的使用学习读数显微镜的使用熟悉用逐差法处理数据的方法熟悉用逐差法处理数据的方法实验仪器实验仪器读数显微镜钠光灯牛顿环装置读数显微镜读数显微镜返回返回目镜目镜物镜物镜上下移动旋钮上下移动旋钮水平移动旋钮水平移动旋钮读数标尺读数标尺读数盘读数盘读数显微镜的读数
2、方法读数显微镜的读数方法 主尺的分度值为主尺的分度值为1mm1mm，测微鼓轮共有，测微鼓轮共有100100个刻度，其份个刻度，其份度值为度值为0.01mm0.01mm，可估读到可估读到0.001mm0.001mm。主尺主尺测微鼓轮测微鼓轮15mm0.506mm最后读数为：最后读数为：15.506mm牛顿环牛顿环将将一一曲曲率率半半径径相相当当大大的的平平凸凸玻玻璃璃透透镜镜放放在在一一平平面面玻玻璃璃的的上上面面，则则在在两两者者之之间间形形成成一一个个厚厚度度随随直直径径变化的空气隙。变化的空气隙。空空气气隙隙的的等等厚厚干干涉涉条条纹纹是是一一组组明明暗暗相相间间的的同同心心环环。该该干干
3、涉涉条条纹纹最最早早被被牛牛顿顿发发现现，所所以以称称为为牛牛顿顿环环（Newton-ringNewton-ring）平凸透镜平凸透镜平板玻璃平板玻璃牛顿环干涉条纹的特点牛顿环干涉条纹的特点1.1.分振幅、等厚干涉；分振幅、等厚干涉；2.2.明暗相间的同心圆环；明暗相间的同心圆环；3.3.级次中心低、边缘高；级次中心低、边缘高；4.4.间隔中心疏、边缘密；间隔中心疏、边缘密；5.5.同级干涉，波长越短同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。条纹越靠近中心。实验原理实验原理 等厚干涉等厚干涉平行光照射到薄介质上，介质平行光照射到薄介质上，介质上下表面反射的光会在膜表面处发上下表面反射的光会在膜表面处
4、发生干涉。介质厚度相等处的两束反生干涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉同的干涉光强度，这就是等厚干涉。实验原理实验原理 半波损失半波损失 波波传传播播过过程程中中，遇遇到到波波疏疏介介质质反反射射，反反射射点点入入射射波波与与反反射射波波有有相相同同的的相相位位。波波由由波波密密介介质质反反射射，反反射射点点入入射射波波与与反反射射波波的的相相位位差差，光程差为光程差为/2，即产生了半波损失。，即产生了半波损失。对光波说，来自大折射率介质的对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。反射具有半波损失。返回返回实
5、验原理光程差：第k级暗条纹的半径为:由干涉条件:明环暗环由图可见:实验原理 由于脏物的存在，那么在暗环条件的公式中就多一项光程差,为消除这种误差,采用下列方法对于第对于第m圈暗环半径圈暗环半径 对于第对于第n圈圈 实验原理dA1dA2dB2dB1Dk+mDk实验内容实验内容1.启动钠光灯电源。2.调整读数显微镜半反镜，使目镜中看到均匀明亮的光场。转动读数鼓轮,使显微镜大约在主尺中间位置.3.调节显微镜目镜,使能看清”十”字叉丝.4.调节牛顿环仪上的三个螺钉,使干涉条纹呈圆形,并位于透镜中心。把牛顿环放在显微镜的载物台上.5.调节显微镜筒至最低位置,尽量靠近牛顿环装置,但不能碰到该装置.然后慢慢
6、往上调节,直到看到清晰的牛顿环的图样.移动牛顿环装置,使”十”字叉丝的交点在牛顿环中心,同时转动目镜,使横向叉丝平行于主尺.实验内容6.转动读数鼓轮使叉丝超过第33环，然后倒回到 30环向后移动,当十字准线竖线与30环外测相切时,记录读数显微镜上的读数,然后继续转动鼓轮,使竖线依次与29,28,27,26,25 24,23,22,21环外测相切,并记录读数.过了21环后继续转动鼓轮,越过干涉圆环中心,记录十字准线与右边21,2230环外切时的读数.7.数据记录表格,并分别求出第30.29,28,27,26,25 24,23,22,21的半径.数据记录表格数据记录表格(注意事项注意事项1.在测量
7、时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一在测量时，读数显微镜的测微鼓轮应沿一个方向转动，中途不可倒转。个方向转动，中途不可倒转。2.2.环数不可数错，在数的过程中发现环数有环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。变化时，必须重测。3.3.显显微微镜镜对对牛牛顿顿环环调调焦焦时时,应应把把显显微微镜镜筒筒降降到到最最低低点点,然然后后从从上上而而下下慢慢慢慢调调焦焦,以以防防止止与与玻玻璃板碰撞璃板碰撞.4.为为保保护护仪仪器器，不不要要将将牛牛顿顿环环调调节节螺螺丝丝旋旋得得过紧。过紧。5.5.测测量量中中，应应保保持持桌桌面面稳稳定定，不不受受振振动动，不不得触动牛顿环装置，否则重测。得触动牛顿环装置，否则重测。数据处理数据处理返回目录页返回目录页曲率半径计算误差分析曲率半径计算曲率半径计算