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1、用牛顿环测定透镜的曲率半径,河北工业大学 物理实验中心,光的等厚干涉牛顿环、劈尖,实验目的要求： 1. 理解牛顿环和劈尖干涉条纹的成因及特点 2.读数显微镜的调整和使用 3. 学习用等厚干涉法测量透镜的曲率半径； 4. 学会用逐差法处理实验数据。,实验仪器,读数显微镜 钠光灯 牛顿环 劈尖装置,实验原理,17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现 干涉圆环，并对此进行了实验观测和研究。 发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这
2、是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。,托马斯杨是波动光学的奠基者之一。 他发现利用透明物质薄片同样可以观察到 干涉现象，进而引导他对牛顿环进行研究， 他用自己创建的干涉原理解释牛顿环的成 因和薄膜的彩色，并第一个近似地测定了 七种色的光的波长，从而完全确认了光的 周期性，为光的波动理论找到了又一个强 有力的证据。,牛顿环干涉条纹的成因,牛顿环干涉条纹的特点,1.分振幅、等厚干涉； 2.明暗相间的同心圆环； 3.级次中心低、边缘高； 4.间隔中心疏、边缘密； 5.同级干涉，波长越短, 条纹越靠近中心。,牛顿环测透镜曲率半径的原理,读数显微镜,目镜,物镜,上下移动旋钮,水平移动旋钮
3、,读数标尺,读数盘,读数显微镜由显微镜 与移动测量装置组成,显微镜由目镜、分划板 和短焦距物镜组成,读数显微镜的成像光路,显微镜调焦第一步：旋转目镜,目镜,物镜,叉丝平面,明视距离,使十字叉丝成象在明视距离处,显微镜调焦第二步：调节升降螺旋,使物成象在与叉丝象相同的平面上,读数显微镜的视差,成因：叉丝与物的象不共面 消除方法：仔细调焦,牛顿环的应用,牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表明间距变化情况。利用牛顿环可以检测光学球面（或平面）的加工质量。 根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。 在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量其折射率n,实验内容,1.启动钠光
4、灯电源。 2.调节牛顿环装置。 3.前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的 反光玻璃。 直至眼睛看到显微镜视场较亮。 4.用显微镜观察干涉条纹。调节目镜看清目镜筒中的叉丝，再调节物镜使干涉条纹的像清晰且与叉丝像无视差。 5.转动测微鼓轮，使十字叉丝交点接近牛顿环中心。 6.转动测微鼓轮使叉丝超过第45环，然后倒回到45环开始读数.依次记录从左45、40、35、30、10,继续转动测微鼓轮至环的右10、30、35、40、45各环相对位置读数。 7.计算结果及其不确定度。,实验数据的处理方法,逐差法 图解法,数据记录表格,误差的主要来源与分析,1.条纹的定位精度（偶然误差） 定位误差的大小在
5、条纹宽度的1/51/10。 解决办法：取级次较高的环进行测量。 2.叉丝不平的影响（系统误差） 显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。 解决办法：改直径测量为弦长测量。 3.平凸透镜的不稳定性（偶然误差/系统误差） 由固定螺丝的松紧度不同造成。 解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进行固定。,思考与讨论,1.用移测显微镜测量牛顿环直径时，若测量的不是干涉环的直径，而是干涉环的同一直线上的弦长，对实验是否有影响？为什么？ 2.透射光能否形成牛顿环？它和反射光形成的牛顿环有什么区别？ 3.用同样的方法能否测定凹透镜的曲率半径？ 4.有时牛顿环中央会出现亮斑，这是为什么？ 5.实验中，若平板玻璃上有微小的凸起，则凸起 处的干涉条纹发生变化。此时干涉条纹如何变化？,参考资料,1.张志东等 大学物理实验 科学出版社 2007. 2.吕斯骅等 基础物理实验 北京大学出版社 2002. 3.沈元华等 基础物理实验 高等教育出版社 2003. 4.张兆奎等 大学物理实验 高等教育出版社 .2003.,河北工业大学物理实验中心 魏纪鹏,
