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1、 用牛顿环测定透镜的曲率半径姓名：袁慧萍 学院：机电学院 班级：工业工程 0502 学号：36 光的干涉是指相同条件，即频率相同、存在相互平行的振动分量、位移差恒定的两束 光相互叠加时所出现的光强按空间周期性重新分布的一种重要光学现象。它为光的波动性 提供了有力的试验证明。由于原子、分子的自发辐射具有随机性，一般来说，来自不同光 源或同一光源不同部分的两束光是不相干的，实验中通常采用具有分波阵面法或分振幅法 来获得相干光。牛顿环作是牛顿在经典光学中首先解释的著名的光学现象，采用分振幅法 来获取相干光利用光学玻璃表面围成的厚度不均的空气薄膜的上下表面对入射光的反 射将同一束光分解成几部分、经过不
2、同的路径后再叠加。由于相互叠加的反射子光束之间 的光程差与反射处空气薄膜的厚度有关，干涉条纹的分布与空气薄膜厚度的分布相对应， 故称为等厚干涉。 在薄膜表面上相长干涉处光强大，因而亮；在相消干涉处光强小，因而暗，形成干涉 图样。两条光线在相遇点的光程差只取决于该处薄膜的厚度 d，因此干涉图样中同一干涉 条纹对应于薄膜上厚度相同点的连线，这种条纹称为等厚干涉条纹。 在一块平面玻璃与一块曲率半径很大的平凸透镜之间形成一个上表面是球面，下表面 是平面的空气薄膜，当用单色光垂直照射时，从上往下观察会看到以接触点为中心的一组 圆形干涉条纹，这是由环空气劈尖上下表面反射的光反射的光发生干涉而形成的条纹。由
3、 于以接触点为中心的任一圆周上，空气层的厚度是相等的，因此这种条纹是等厚干涉条纹， 称为牛顿环。牛顿环的特征是以接触点为中心的一系列明暗相间、间距逐渐减小的同心圆 环，且中心是一暗圆斑。 在光学元件加工车间室，常用牛顿环快速检测透镜的曲率半径及其表面是否合格。其 中一种方法是用一样板覆盖在待测件上，如果两者完全密合，即达到标准值要求，不出现 牛顿环。如果被测件曲率半径小于或大于标准值，则产生牛顿环。圆环条数越多，误差越 大；若条纹不圆，则说明被测件曲率半径不均匀。此时，用手均匀轻压样板，牛顿环各处 空气隙的厚度必然减小，相应的光程差也减少，条纹发生移动。若条纹向边缘扩散，说明 零级条纹在中心，
4、得知被测件曲率半径小于标准件；若条纹向中心收缩，说明零级条纹在 边缘，得知被测件曲率半径大于标准件。这样，通过现场检测，及时判断，再对不合格元 件进行相应精加工，直到合乎标准为止。 我们在试验中可以观察到牛顿环的中心为一个暗斑这又一次证明了当光波从光疏介质 向光密介质入射时，反射光中存在半波损失。实验测量时，由于受接触形变或附着尘埃等 因素的影响，平凸透镜与平板玻璃之间并不是点接触而是面接触，这使得实际观测到的牛 顿环中心不再是理论上的暗点而是不规则的圆斑，难以判断干射条纹的准确级数和精确测 量条纹的半径。为了克服这一点不足，试验通过测量距中心较远又较清晰的某两级干涉暗 条纹的直径来计算 R。
5、在牛顿环的实验中我们还用到了读数显微镜，它既可作长度测量又可作观察用的光学 仪器，用于观测近距离的微小物体。但应该注意，调焦时，为了避免显微镜的物镜与反射 玻璃或被测物体相接触，损害物镜、反射的玻璃或被测物体，可先从显微镜外侧观察，旋 转调焦螺旋使显微镜尽可能地降到最低位置，然后通过目镜观察，同时反向旋转调焦螺旋 使显微镜自下而上移动，直到能同时看到清晰的物象和叉丝并且两者之间不存在视差。需 要调节镜筒支架在立柱上的位置时，必须用手托住镜筒支架才能拧松支架的固定螺旋，避 免显微镜径直下落，损害仪器。读数显微镜的长度测量装置是根据游标原理制成，用来精确测量读数显微镜滑动部 件横向或纵向移动的距离
6、。测量时，所有相关点的位置读数必须在测微螺旋往某个方向的某次转动过程中逐个读出，以消除读数显微镜长度测量装置存在的系统误差空回误差。读数显微镜的空回误差是指测微螺旋正转途中突然反向移动的现象。通过下述方法 可粗略地测量读数显微镜存在的空回误差：先往某一个方向旋转测量螺旋，待读数显微镜 的滑动部件移动到某一位置时再反向旋转测微螺旋，记录下滑动部件刚要反向移动时的读 数，两读数之差即为仪器的空回误差。消除空回误差的方法是在测微螺旋往某个方向的某 次转动逐个读出所有相关联的数据。牛顿环在现实生活中的应用广泛。在实验室中常用牛顿环来测定光波的波长或平凸 透镜的曲率半径，用牛顿环产生的干涉条纹测量液体的折射率；在工业上则利用牛顿环来 检测透镜的加工质量。等等 参考文献：大学物理实验 四川大学出版社大学物理 机械出版社光学 北京邮电出版社
