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1、12.5 劈尖干涉牛顿环科目：大学物理学下课型：新授课课时： 1 课时主要内容：等厚干涉原理劈尖干涉牛顿环教学重点：劈尖干涉相邻条纹的间距；牛顿环的半径公式。教学难点：根据等厚干涉图样的形成原理，理解不同的等厚干涉的条纹分布。教学要求： 理解等厚干涉的原理， 理解掌劈尖干涉图样条纹的分布特点，掌握劈尖干涉中相邻条纹间距与薄膜厚度的关系；理解牛顿环干涉图样的分布特点，掌握牛顿环半径公式；了解等厚干涉的实际应用。教学方法：讲授法讨论法教学手段：多媒体教学过程：（具体如下）复习提问：1.两同位相的相干光源，其干涉条纹的明暗条件与光程差的关系？2.反射现象中半波损失的条件? 3.薄膜干涉中干涉光的来源
2、?条纹的级数由什么决定？新课导入 : 我们已经学习过，光线入射在厚度均匀的薄膜上时，干涉条纹的级数由入射光的入射角决定， 相同的入射角产生的干涉条纹的级数相同，因此称之为等倾干涉。提问：当光线入射在厚度不均匀的薄膜上，产生的干涉条纹级数与哪些因素有关？明暗条纹如何分布？这种干涉现象有什么实际意义？讲授新课：一、劈尖干涉（只讨论单色平行光垂直入射情况）1.装置：夹角很小的两个平面构成一个劈尖，厚度为零的地方称作“ 棱” 。单色平行光垂直照射在劈尖上，得到间距均匀的干涉条纹。在劈尖表面看到的干涉条纹劈尖内是空气薄膜或折射率为 n 的透明介质薄膜2.光程差： 先分析两束光在薄膜中的路程差，再分析半波
3、损失。结论： a.劈尖上与棱平行的点薄膜厚度相同，其反射光的光程差相同。b.对空气薄膜：3.干涉明暗条纹的条件 （以空气薄膜为例 )：结论：厚度相同的地方，光程差相等，条纹级数k 相同，所以称为等厚干涉。4.各级明暗条纹的位置（ 即各级明暗条纹对应的薄膜厚度） ：22ne221en，暗条纹明条纹,.2, 1 , 02)12(22,.2, 122kkekke暗纹明纹）,.2, 1 ,02,.2, 1221(kkkkke5.相邻条纹间距：6.条纹分布的特点在入射光波长一定时，厚度均匀的劈尖上干涉条纹均匀分布；且当楔角越小，l越大，干涉条纹越稀疏。例题分析：例 1. 有一玻璃劈尖，放在空气中，劈尖夹
4、角用波长的 单 色 光 垂 直 入 射 时 ， 测 得 相 邻 干 涉 明 条 纹 的 间 距为,求玻璃的折射率 . 二、牛顿环1.装置： 平凸透镜和平板玻璃中间形成薄膜。2.光程差： 以空气为例，当单色平行光垂直入射时，2,sin2sin1lleekk极小，有,1085rad nm589 mml5.253.1108104.22105892,2sin539lnlnl得干涉条纹的间距解：由劈尖干涉中相邻3.干涉明暗条纹的条件：4.各级明暗条纹的位置（即牛顿环的半径）：5.相邻条纹间距：6.牛顿环的分布特点：以接触点为中心， 明暗相间的同心圆环。 随着条纹级数增大大， 环的半径越大，但相邻条纹间距
5、变小（即级数越大，条纹越密集）。例题分析：例 2.从反射光中观测， 中心点是暗点， 若从透射光中观测， 中心点是暗点还是亮点？答：因为反射光与透射光是能量互补关系，从透射中心观测为亮点例 3. 属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？答：薄膜的厚度沿着牛顿环半径方向是非线性变化。例 4.用氦氖激光器发出的波长为633nm 的单色光做牛顿环实验，测得第k 级22e暗条纹明条纹,.2, 1 , 02) 12(22,.2, 122kkekke暗环明环,.2, 1 ,0,.2, 12)12(kkRrkRkrkk的公式。明暗条件，即可得上述的值代入干涉将有远大于推导：由如图几何关系krejRreeReeRe
6、RRr,2,2)(22222R kkkRRkrrkk11) 1(1暗环的半径为 5.63mm , 第 k+5 级暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径 R. 解：由牛顿环暗环半径公式kRkr，有Rkkr)5(5kRrk说明：该方法正是利用牛顿环测透镜曲率半径的原理三、等厚干涉的应用1.检验光学元件表面的平整度2.测细丝的直径3.干涉膨胀仪测膨胀系数4.测膜厚课堂小结：m0 .10nm6335)mm63.5()mm96.7(52222 5kkrrR可得mDDmrrRkmkkmk 422221.主要学习两类等厚干涉劈尖干涉和牛顿环的产生、明暗条件形成条件及条纹分布特点。2.理解等厚干涉的原理，掌握薄膜中光程差的分析；掌握利用相邻条纹间距分析计算劈尖干涉；掌握牛顿环半径的分析和计算。知识扩展： 根据条纹特点分析薄膜厚度变化时条纹的移动。思考题：1.在劈尖干涉中 ,当增大时 ,条纹会怎样移动？2.用单色平行光垂直照射在牛顿环装置上时，当平凸透镜竖直向上缓慢平移而远离平板玻璃时，干涉条纹将向外冒出还是向中间收缩？（提示：跟踪同一级条纹，分析其位置的变化）2011.5.19
