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1、牛顿环干涉牛顿环干涉北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment1北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment牛顿环简介牛顿环简介 1717世世纪纪初初，物物理理学学家家牛牛顿顿在在考考察察肥肥皂皂泡泡及及其其他他薄薄膜膜干干涉涉现现象象时时，把把一一个个玻玻璃璃三三棱棱镜镜压压在在一一个个曲曲率率已已知知的的透透镜镜上上，偶偶然然发发现现 干干涉涉圆圆环环，并并对对此此进进行行了了实实验验观观测测和和研研究究。他他发发现现，用用一一个个曲曲率率半半径径大大的的凸凸透
2、透镜镜和和一一个个平平面面玻玻璃璃相相接接触触，用用白白光光照照射射时时，其其接接触触点点出出现现明明暗暗相相间间的的同同心心彩彩色色圆圆环环，用用单单色色光光照照射射，则则出出现现明明暗暗相相间间的的单单色色圆圆环环。这这是是由由于于光光的的干干涉涉造造成成的的，这这种种光光学学现现象象被被称称为为“牛顿环牛顿环”。2北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment内 容实验目的实验目的1实验仪器实验仪器2实验原理实验原理3实验内容和要求实验内容和要求4数据记录和处理数据记录和处理5思考题思考题63北方民族大学物理实验中心北方民族大
3、学物理实验中心Fundamental physics experiment实验目的1.观察等厚现象，考察其特点。观察等厚现象，考察其特点。2.掌握一种测量透镜曲率半径的掌握一种测量透镜曲率半径的方法。方法。3.学习使用读数显微镜。学习使用读数显微镜。4北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验仪器n读数显微镜读数显微镜n钠灯钠灯n牛顿环牛顿环5北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment钠光灯 钠钠光光灯灯是是一一种种气气体体放放电电灯灯。在在放放电电管管内内充
4、充有有金金属属钠钠和和氩氩气气。开开启启电电源源的的瞬瞬间间，氩氩气气放放电电发发出出粉粉红红色色的的光光。氩氩气气放放电电后后金金属属钠钠被被蒸蒸发并放电发出黄色光。发并放电发出黄色光。钠钠光光在在可可见见光光范范围围内内两两条条谱谱线线的的波波长长分分别别为为589.6nm589.6nm和和589.0nm589.0nm。这这两两条条谱谱线线很很接接近近，所所以以可可以以把把它它视视为为单单色色光光源源，并并取取其其平平均均值值589.3nm589.3nm为波长。为波长。实验仪器实验仪器6北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experime
5、nt读数显微镜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实验仪器实验仪器7北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment牛顿环 平平凸凸透透镜镜与与平平板板玻玻璃璃组组合合成成牛牛顿顿环环实实验验样样品。品。平凸透镜平凸透镜平板玻璃平板玻璃实验仪器实验仪器8北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment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
6、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变化的空气隙。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。该该干干涉涉条条纹纹最最早早被被牛牛顿顿发发现现，所以称为牛顿环。所以称为牛顿环。实验仪器实验仪器9北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment空气薄层中，任一厚度空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：处上下表面反射光的干涉条件：实验原理实验原理10北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment略
7、去略去e2各级明、暗干涉条纹的半径：各级明、暗干涉条纹的半径：如波长已知，可用此法求出透镜曲率半径；如波长已知，可用此法求出透镜曲率半径；反之亦然。反之亦然。实验原理实验原理11北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验内容与要求1.1.光光源源对对准准目目镜镜筒筒上上的的4545平平板板玻玻璃璃，调调节节平平板板玻玻璃璃方方向向，使使光光垂垂直直照照在在平平凸凸透透镜镜装装置置上上。此此时时通通过过目目镜可以看到明亮的黄色背景。镜可以看到明亮的黄色背景。2.2.被被测测物物体体放放到到载载物物平平台台上上，调调节节目目镜镜
8、清清晰晰地地看看到到十十字字叉叉丝丝，然然后后由由下下向向上上移移动动显显微微镜镜镜镜筒筒（为为防防止止压压坏坏被被测测物物体体和和物物镜镜，不不得得由由上上向向下下移移动动！），看看清清牛牛顿干涉环。顿干涉环。12北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment实验内容与要求3.3.取取m=15，n=5。横横向向改改变变显显微微镜镜筒筒位位置置，使使叉叉丝丝由由第第15圈圈外外向向第第15圈圈移移动动直直至至叉叉丝丝交交点点与与之之重重合合，读读取取C15，继继续续朝朝同同一一方方向向移移动动叉叉丝丝至至第第5 5圈圈读读取取C5
9、；仍仍按按原原方方向向移移动动叉叉丝丝（为为防防止止产产生生空空程程差差），越越过过中中央央暗暗环环，按按同同样样方方法法读读取取C5、C15。4.4.将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共6 6次。次。13北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment次数123456C15C5C15C5D15D5单位：单位：mm牛顿环数据记录表牛顿环数据记录表数据记录和处理14北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment注意事项1.调节显微镜的焦距时
10、，应使物镜筒从待测物移调节显微镜的焦距时，应使物镜筒从待测物移开，使物镜筒自下而上地调节。严禁将镜筒反向开，使物镜筒自下而上地调节。严禁将镜筒反向调节，以免碰伤和损坏物镜和待测物。调节，以免碰伤和损坏物镜和待测物。2.在整个测量过程中，十字叉丝中的一条线必须与在整个测量过程中，十字叉丝中的一条线必须与主尺平行，十字叉丝的走向应与待测物的两个位置主尺平行，十字叉丝的走向应与待测物的两个位置连线平行，同时不要将待测物移动。连线平行，同时不要将待测物移动。3.测量中的测微鼓轮只能向一个方向转动，以防因测量中的测微鼓轮只能向一个方向转动，以防因螺纹中的空程而引起的误差。螺纹中的空程而引起的误差。15北方民族大学物理实验中心北方民族大学物理实验中心Fundamental physics experiment1是否可以用弦长取代牛顿环直径？是否可以用弦长取代牛顿环直径？2.用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径。用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径。思考题1617