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1、关于大学物理实验光的等厚干涉现象与应用第1页，讲稿共12张，创作于星期日实实 验验 原原 理理一一.等厚干涉等厚干涉 当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。只要面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区
2、可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。穷远。薄薄膜膜厚厚度度相相同同处处产产生生同同一一级级的的干干涉涉条条纹纹，厚厚度度不不同同处处产产生生不不同同级级的的干干涉涉条条纹纹。这这种干涉称为等厚干涉。种干涉称为等厚干涉。SABCDn1n2n1ei1212第2页，讲稿共12张，创作于星期日二二.用牛顿环测透镜的曲率半径用牛顿环测透镜的曲率半径 牛牛顿顿环环仪仪是是由由一一个个曲曲率率半半径径很很大大的的平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面与与一一个个平平面面玻玻璃璃接接触触在在一一起起构构成成，平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面与与玻玻璃璃片片之之间间的的空空气气层层厚厚度度从从中心接触点到边缘逐渐增加。中心接触点
3、到边缘逐渐增加。ORdm牛顿环仪牛顿环仪rm第3页，讲稿共12张，创作于星期日 当当用用平平行行单单色色光光垂垂直直照照射射到到牛牛顿顿环环仪仪上上时时，一一部部分分光光线线在在空空气气层层的的下下表表面面反反射射，一一部部分分光光线线在在空空气气层层的的上上表表面面反反射射，这这两两部部分分光光有有光光程程差差，它它们们在在平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面附附近近相相遇遇而而发发生生干干涉涉。当当我我们们用用显显微微镜镜来来观观察察时时，便便可可清清楚楚地地看看到到中中心心是是一一暗暗圆圆斑斑，而而周周围围是是许许多多明明暗暗相相间间、间间隔隔逐逐渐渐减减小的同心环，称为牛顿环。它属于等厚干涉条
4、纹。小的同心环，称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。第4页，讲稿共12张，创作于星期日m m级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：由干涉条件可知：由干涉条件可知：第5页，讲稿共12张，创作于星期日R R为透镜的曲率半径，为透镜的曲率半径，r rm m为第为第m m级干涉环的半径，由几何关系可得级干涉环的半径，由几何关系可得 ：所以所以，由于由于 ，可忽略，可忽略，因此得到：因此得到：（此此式式说说明明：与与 成成正正比比，即即离离开开中中心心愈愈远远，光光程程差增加愈快，因此，干涉环愈密。）差增加愈快，因此，干涉环愈密。）整理后得：整理后得：上式上式若已知若已
5、知 ，测出第，测出第m级暗条纹的半径级暗条纹的半径r rm m，便可算出透镜的曲率半径，便可算出透镜的曲率半径R。第6页，讲稿共12张，创作于星期日在实验中不能直接用在实验中不能直接用 公式，原因有二：公式，原因有二：实实际际观观察察牛牛顿顿环环时时发发现现，牛牛顿顿环环的的中中心心不不是是一一个个点点，而而是是一一个个不不甚甚清清晰晰的的暗暗或或亮亮的的圆圆斑斑。其其原原因因是是透透镜镜与与平平板板玻玻璃璃接接触触时时，由由于于接接触触压压力力引引起起形形变变，使使接接触触处处为为一一圆面，而圆面的中心很难定准，因此圆面，而圆面的中心很难定准，因此rk不易测准；不易测准；镜镜面面上上可可能能
6、有有灰灰尘尘等等存存在在而而引引起起一一个个附附加加厚厚度度，从从而而形形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。第7页，讲稿共12张，创作于星期日 为了克服这些困难，为了克服这些困难，对对 进行处理，进行处理，首先取暗环首先取暗环直径直径D Dm m 来替代半径来替代半径r rm m，,则可写成：则可写成：或或再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若m与与n级暗环级暗环直径分别直径分别Dm与与Dn，则：则：两式相减得：两式相减得：上式只出现相对级数（上式只出现相对级数（m-n），无需知道待测暗环的绝对
7、级数，），无需知道待测暗环的绝对级数，而且由于分子是而且由于分子是 ，通过几何分析可知，即使牛顿环，通过几何分析可知，即使牛顿环中心无法定准，也不会影响中心无法定准，也不会影响R的准确度。的准确度。第8页，讲稿共12张，创作于星期日实实 验验 内内 容容用牛顿环测定透镜的曲率半径用牛顿环测定透镜的曲率半径1.熟悉读数显微镜的使用方法熟悉读数显微镜的使用方法 目镜目镜调焦手轮调焦手轮测微鼓轮测微鼓轮锁紧手轮锁紧手轮标尺标尺450可调式半反镜可调式半反镜第9页，讲稿共12张，创作于星期日2.2.调整测量装置。调整测量装置。1.1.调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然光照射下能观察调整牛顿环仪的三个调
8、节螺丝，在自然光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，仪的中心附近。调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。甚至损坏牛顿环仪。2.2.把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上显微镜上45 角的反射透明玻璃片等高。旋转反射透明玻璃角的反射透明玻璃片等高。旋转反射透明玻璃，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。3.调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物调节读数显微
9、镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑镜直至观察到清晰的干涉图样。移动牛顿环仪，使中心暗斑（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。4.4.测量牛顿环的直径。测量牛顿环的直径。第10页，讲稿共12张，创作于星期日4.4.读数显微镜的读数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，其份度值为个刻度，其份度值为0.01mm0.01mm，可，可估读到估读到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第11页，讲稿共12张，创作于星期日感感谢谢大大家家观观看看第12页，讲稿共12张，创作于星期日