《物理实验七 光的等厚干涉现象》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理实验七 光的等厚干涉现象（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、实验七 光的等厚干涉现象牛顿环的实验研究牛顿在光学中的一项精彩发现就是牛顿环。牛顿环实验是研究光在空气薄层中产生等厚干涉的实验，牛顿深入研究了该实验现象，并进行了精密的测量，找出了干涉环的直径分布规律。历史上许多著名的物理学家从不同角度对它进行过仔细的研究，杨氏利用这一装置验证了相位跃变理论；阿喇戈由检验牛顿环的偏振状态，对光的微粒说理论提出了怀疑；裴索用牛顿环装置测定了钠黄双线的波长差。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，推动了光学理论的发展，在波动光学历史上发挥了重要作用，这是值得我们今天学习和思考的。牛顿环实验是光的波动性的有力证据，可牛顿却不能从实际出发，而是从他所信
2、奉的微粒说出发，来解释牛顿环的形成。因此，牛顿虽然发现了牛顿环，并作了精确的定量测量，可以说已经走到了光的波动说的边缘，但由于他认识理念上的限制，却始终无法正确地解释这个现象。【实验目的】1观察光的等厚干涉现象，了解等厚干涉条纹的特点。2利用干涉原理测透镜曲率半径。3进一步学习用逐差法处理实验数据。【实验仪器】钠光灯、读数显微镜及牛顿干涉环。【实验原理】1牛顿环干涉条纹的基本规律一个曲率半径很大的平凸透 镜的凸面方在一光学平板玻璃上，如右 图所示，在透镜的凸面和玻璃之间形成 一个以接触点向四周逐渐增厚的空气薄 膜，当单色光垂直照射到透镜上时，空 气薄膜上、下两表面反射光在空间相遇 后产生干涉、
3、形成以接触点为圆心的、一 系列明暗相间的、圆环状的干涉条纹， 称为牛顿环。设平凸透镜的曲率半径为 ，第 级k干涉暗环的半径为 ， 为krd该暗环对应处的空气薄膜的厚度，由图中几何关系可得 2 2k krRR因为 ，所以k?（1）2krd由光的干涉原理，空气薄膜上、下两表面反射光的光程差为 ，其中 为光在下表面从空气射2kd2入玻璃并反射回空气过程中的附加光程，称为半波损失。由干涉条件可知，当由于干涉条纹的明暗状态仅与空气薄膜厚度 有关，相同的厚度 有相同的干涉条件，也就有相同明暗kdkd状态的干涉条纹，故这一干涉称为等厚干涉。2利用干涉法测透镜曲率半径由（1）式和（2）式可得等厚干涉暗环条纹中
4、第 k 级暗环的半径为（3 ）krR若已知入射光的波长 ，并测出第 干涉暗环的半径 ，就可计算平凸透镜的曲率半径 R。kkr但是，由于两玻璃间的接触点处有弹性形变、或是接触点处有灰尘，其接触点是一个明暗不清的模糊圆斑，很难准确判定各干涉条纹的级次，为此我们通过测第 k 级暗环的直径 和第（k+m）级暗环的直径 ，kDkmD并利用它们的平方关系式， 24kDR24()kmR再将两式相减，得如下的关系式 2kmk由此可计算出平凸透镜的曲率半径（4）24kmkDR在上式中只要测出 和 ，知道相应的暗环级数差数 m 和入射光的波长 ，可通过逐差法来计算平凸k 透镜的曲率半径 。【实验内容与步骤】1将牛
5、顿干涉环置于读数显微镜载物台上，并调节物镜前反射玻璃片的角度，使显微镜的视场中充满亮光。2调节读书显微镜的升降旋钮，使镜筒处于清晰观察到牛顿环干涉条纹的位置；用手轻轻移动牛顿干涉环，使干涉环中心在视场中央，观察牛顿环干涉条纹的特点。3测量牛顿环的直径转动测微鼓轮使显微镜镜筒由牛顿环中心向右（向左）侧移动，顺序数到第 27 级干涉暗环的右（或左）侧条纹中心，再退回到第 26 级干涉暗环的右（或左）侧条纹上，使十字叉丝对准其条纹中心，从测微鼓轮上记下相应位置的读数；并依次测量第 25 级、24 级至第 11 级干涉暗环的右（或左）侧条纹的位置。再通过连续转动测微鼓轮使显微镜镜筒由牛顿环中心的右（或
6、左）侧移至牛顿环中心的左（或右）侧，并依次测量第 11 级至第 26 级干涉暗环的左（或右）侧条纹的位置。第 k 级干涉暗环的右（或左）侧条纹位置的读数与左（或右）侧条纹位置读数之差，即为该级干涉暗环的直径 。D正式测量时侧微鼓轮只能向一个方向转动，中途不能进进退退，否则会引起空回测量误差。4用逐差法进行数据处理将数据对半分成前组（ ， ， ）和后组（ ， ， ） ，再对应项作逐差，即第26D52116D5126 圈对第 16 圈、第 25 圈对第 15 圈、第 21 圈对第 11 圈等分别进行逐差法数据处理，其级差 m=10,用（4）式计算 R。【实验数据处理】本实验中仅计算 的标准差，并作为测量不确定度的 A 类分量，而不确定度的 B 类分量不计。2k+mk-测量数据填入表 1 中。表 1 牛顿环测量数据（m=10, ）45.89310m显微镜读数/mm圈数左方 右方 /mmkD/mm22k /mm22kmkD261625152414231322122111， 2k+mD-2m2Ak+muD-2m24kR 24kR_Au【分析与讨论】1牛顿环干涉条纹形成的条件是什么？2本实验中观察到的是反射光的干涉所形成的牛顿环，实际上透射光的干涉也会形成牛顿环。试分析透射光的牛顿环与反射光的牛顿环有何差异，为什么？
