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1、叶黄素提取过程中的傅里叶变换红外光谱研究本科毕业论文（设计）图5.汞灯下的牛顿环图样论文题目 牛顿环实验的拓展研究作 者： 学号：2008121307学 院： 物理与电子工程学院 年 级： 2008级专 业： 物理学指导教师： 职称：副教授日 期： 年5月20日曲靖师范学院教务处制l论文题目： 牛顿环实验的拓展研究作 者： 学号：2008121307学 院： 物理与电子工程学院年 级： 2008级专 业： 物理学指导教师： 职称： 副教授日 期： 2011年10月27日牛顿环实验的拓展研究摘要牛顿环实验装置虽然十分简单，但它推动了光学理论特别是波动理论的确立和发展. 目前在许多领域都广泛应用牛
2、顿环的原理。采用文献调查、实验比较等方法，从牛顿环的实验原理出发，介绍了牛顿环实验的历史，仪器及实验原理，并推导了牛顿环在光学中的运用，对牛顿环实验的进行了综合性的拓展研究.实验验证牛顿环变异结构平凸-平凸的干涉图样，推导了正确的测量液体折射率的公式，实验测量出水的折射率为1.324.，实验误差仅为0.45%，导出了用比较法测量波长的方法及公式，实验验证中误差达1.9%，同时对白光入射下的连续光谱和线状光谱进行了实验研究，介绍了线状光谱入射时用牛顿环实验测量紫光的方法。关键词 牛顿环；干涉；折射率；波长 Experimental and Extensive Research on Newton
3、ian RingAbstract:Newton ring experiment device, although very simple, but it drives the establishment and development of optical theory especially the fluctuation theory. At present，the principle of Newtonian ring is widely applied in many areas. In this paper, I mainly used the methods of literatur
4、e investigation, experimental comparison method. From the Newton ring experiment principle，I introduced the history of Newton ring experiment, instrument and experiment principle, and the derivation of Newtonian ring in optical application. The Newton ring experiment conducted comprehensive research
5、, experimental verification of Newtonian ring variation structure, including flat convex - flat convex interference situation, deducing the correct measurement of liquid refractive index formula, experimental measurements of outlet of index is 1.324, and the experimental error is only 0.45%. Derived
6、 by using a comparative method for measuring wavelength method and formula, experimental validation error amounts to 1.9%, and at the same time, on incidence of continuous spectrum and spectrum of experimental research, I introduced the spectrum of incident with Newtonian rings experimental measurem
7、ent of violet method.Key words: Newton ring , Interference, Refractive Index, wavelengthl牛顿环实验的拓展研究目 录 摘要 IAbstract II1 引言11.1 研究现状11.2 研究内容21.3 研究方法22 牛顿环实验的基本原理和装置32.1 实验原理32.2实验装置42.3 牛顿环的历史53 牛顿环实验的拓展63.1形成等厚干涉现象的装置变形63.1.1 平凸平凸透镜外切触结构63.1.2平凸平凹透镜内切触干涉结构73.2利用干涉现象的测量拓展83.2.1 测量液体的折射率83.2.2牛顿环干涉测
8、量单色光的波长93.3 关于白光入射条件下的牛顿环实验研究104 结束语134.1 结论134.2 研究进展及展望13参考文献14致谢151 引言1.1 研究现状周国全在文献1中将牛顿环干涉装置进行拓展，对不同透镜组合的干涉情况进行了分析。对球面平凸、平凹透镜的组合干涉结构进行了理论的分析，并给出了它们的干涉条纹分布的统一的数学表达。对于牛顿环的变异装置的研究还有许多学者进行研究过，所得出的结论大致相同。汪志刚利用牛顿环实验装置测量液体(水)的折射率，推导出了牛顿环实验测量液体折射率的公式2。赵彦杰，李丽新研究了平凸透镜与平板玻璃在不同接触情况下的牛顿环实验进行了分析和总结3。蒋冰峰、熊小勇、
9、,高雁军提出用牛顿环测平凸透镜曲率半径的规范操作研究,精确测量凸透镜的曲率半径，指出了在操作过程中应该注意的环节:直径两端点的确定、待测条纹的适当数值,同时提出了几点改进措施以规范实验操作4。 饶黄云，在牛顿环零级条纹的相关探讨中，对第零级条纹的暗亮情况作了分析。提出不能单一的用光程差作为决定接触点明暗条纹的判据5。苗琦,王金苗在用Origin软件在牛顿环测透镜曲率半径实验数据处理中的应用一文中，介绍了用作图法处理牛顿环测透镜曲率半径实验数据的方法。利用Origin软件实现了对实验数据的计算、绘图和拟合,简化了实验数据的处理过程,减少了数据处理过程中的误差6，还有学者用计算机Matlab、CC
10、D等对牛顿环进行模拟研究。都取得了较好的成效。熊冬霞等详细分析了牛顿环中的测量不确定度,把各级暗环半径左右切点读数的测量当作不等精度测量处理,从而得到一种简单易操作的结果处理方法7。夏雪琴分析了牛顿环实验数据处理中的测量的最佳值和不确定度计算方法,把各级暗环直径为各环左右读数之差的测量值当作非等精度测量处理，在实验操作中应选择测较大的环，且使取值也大（m-n=25）时，可以得到一种简单易操作的结果处理方法8。文献9中提出“用白光代替钠光灯作光源, 其干涉条纹是连续分布的彩带,条纹分布界限不太明显, 只能做定性讨论,不能做定量测量”的观点。除此之外还有很多专家学者致力于牛顿环数据的处理，不确定度
11、以及误差等的研究，不一一陈述。肖枚英等对牛顿环的发展历史进行了深刻的研究，阐明了牛顿环在光学的发展上的贡献10。牛顿环实验装置虽然十分简单，在物理学发展史上却发挥了重要作用.物理学家们应用这一简单装置，做了大量深入细致的研究工作，推动了光学理论特别是波动理论的确立和发展.1.2 研究内容针对牛顿环的原理及其应用，在查阅了大量文献的基础下，本文将在前人的基础上对牛顿环实验进行综合拓展。并对一部分理论性的结论予于实验数据的补充。主要从以下方面开展研究工作。（1）针对形成等厚干涉现象的装置变形中平凸平凸透镜外切触结构的进行具体实验数据验证分析。（2）针对文献9中提出的用牛顿环测量液体折射率公式错误问
12、题，认真研究推导出正确可行的测量公式，并通过具体实验数据验证。（3）推导比较法测量未知波长的公式，并通过具体实验数据验证分析。（4）针对文献9中提出“用白光代替钠光灯作光源, 其干涉条纹是连续分布的彩带,条纹分布界限不太明显, 只能做定性讨论,不能做定量测量”的观点，通过反复实验观察和深入的理论分析做出相应补充和实验验证研究。1.3 研究方法采用文献调查研究法、研读相关研究文献，吸取精华，归纳总结，完善牛顿环实验研究。采用猜想和实验验证法，对于文献中提出的牛顿环变异结构的测量公式和一些新观点，通过猜想、实验验证法，进行证明和补充研究。2 牛顿环实验的基本原理和装置2.1 实验原理 牛顿环装置是
13、由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，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。从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环（如图1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，因此它属于等厚干涉。 图1 牛顿环装置 由图1可见，如设透镜的曲率半径为，与接触点相距为处空气层的厚度为，其几何关系式为： 由于，可以略去d2得 (1)光线垂直入射，计算光程差时要考虑光波在平玻璃板上反射会
14、有半波损失，从而带来/2的附加程差，所以总程差为(2) 产生暗环的条件是：(3)其中0，1，2，3，.为干涉暗条纹的级数。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，测出第级的暗环半径m，即可得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。但是用此测量关系式往往误差很大，由于凸面和平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部形变，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，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环的几何中心。实际测量时，利用逐差法消除不确定度的影响，通过测量距中心较远的第m和第n个暗环的半径和的平方差来计算曲率半径。由式（4）我们有 m2 n2两式相减可得 所以 图2牛顿环干涉装置图1.读数鼓轮 2.物镜调节螺钉 3.目镜 4.钠光灯 5.平板玻璃 6.物镜 7.反射玻璃片 8.牛顿环装置置 9.载物台 10.支架
