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1、光的等厚干涉現(xiàn)象與應(yīng)用,物理實(shí)驗(yàn)中心,目錄,實(shí) 驗(yàn) 目 的 實(shí) 驗(yàn) 原 理 實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容 注 意 事 項(xiàng),實(shí) 驗(yàn) 目 的,觀察等厚干涉現(xiàn)象。 學(xué)習(xí)用牛頓環(huán)測(cè)量球面曲率半徑的原理和方法。 學(xué)會(huì)使用鈉光燈及熟煉使用讀數(shù)顯微鏡。,,實(shí) 驗(yàn) 原 理,一. 等厚干涉 當(dāng)光源照到一塊由透明介質(zhì)做的薄膜上時(shí)，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射兩束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又經(jīng)上表面折射，最后回到原來(lái)的媒質(zhì)中，在這里與反射光交迭，發(fā)生相干。只要光源發(fā)出的光束足夠?qū)挘喔晒馐慕坏鼌^(qū)可以從薄膜表面一直延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)。 薄膜厚度相同處產(chǎn)生同一級(jí)的干涉條紋，厚度不同處產(chǎn)生不同級(jí)的干涉條紋。這

2、種干涉稱(chēng)為等厚干涉。,,S,二.用牛頓環(huán)測(cè)透鏡的曲率半徑 牛頓環(huán)儀是由一個(gè)曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面與一個(gè)平面玻璃接觸在一起構(gòu)成，平凸透鏡的凸面與玻璃片之間的空氣層厚度從中心接觸點(diǎn)到邊緣逐漸增加。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,,O,,R,,e,k,,r,k,,q,,,牛頓環(huán)儀,當(dāng)用平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)儀上時(shí)，一部分光線在空氣層的下表面反射，一部分光線在空氣層的上表面反射，這兩部分光有光程差，它們?cè)谄酵雇哥R的凸面附近相遇而發(fā)生干涉。當(dāng)我們用顯微鏡來(lái)觀察時(shí)，便可清楚地看到中心是一暗圓斑，而周?chē)窃S多明暗相間、間隔逐漸減小的同心環(huán)，稱(chēng)為牛頓環(huán)。它

3、屬于等厚干涉條紋。,k級(jí)干涉圓環(huán)對(duì)應(yīng)的兩束相干光的光程差為： 由干涉條件可知： ,,,,,,,,,,,,R為透鏡的曲率半徑，rk為第k級(jí)干涉環(huán)的半徑，由幾何關(guān)系可得 ： 所以 ，由于 ， 可忽略， 因此得到：,（此式說(shuō)明： 與 成正比，即離開(kāi)中心愈遠(yuǎn)，光程差增加愈快，因此，干涉環(huán)愈密。）,整理后得： 上式若已知 ，測(cè)出第k級(jí)暗條紋的半徑rk ，便可算出透鏡的曲率半徑R。,在實(shí)驗(yàn)中不能直接用 公式，原因有二： 實(shí)際觀察牛頓環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)，牛頓環(huán)的中心不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)不甚清晰的暗或亮的圓斑。其原因是透鏡與平板玻璃接觸時(shí)，由于接觸壓力引起形變，使接觸處為一圓面，而圓面

4、的中心很難定準(zhǔn)，因此rk不易測(cè)準(zhǔn)； 鏡面上可能有灰塵等存在而引起一個(gè)附加厚度，從而形成附加的光程差，這樣，絕對(duì)級(jí)數(shù)也不易定準(zhǔn)。,,,,,,,,為了克服這些困難， 對(duì) 進(jìn)行處理，首先取暗環(huán) 直徑Dk 來(lái)替代半徑rk ， ,則可寫(xiě)成： 或 再采用逐差法，以消除附加光程差帶來(lái)的誤差，若m與n級(jí)暗環(huán)直徑分別Dm與Dn， 則： 兩式相減得： 上式只出現(xiàn)相對(duì)級(jí)數(shù)（m-n），無(wú)需知道待測(cè)暗環(huán)的絕對(duì)級(jí)數(shù)，而且由于分子是 ，通過(guò)幾何分析可知，即使牛頓環(huán)中心無(wú)法定準(zhǔn)，也不會(huì)影響R的準(zhǔn)確度。,,,實(shí) 驗(yàn) 內(nèi) 容,,用牛頓環(huán)測(cè)定透鏡的曲率半徑 1.熟悉

5、讀數(shù)顯微鏡的使用方法,目鏡,調(diào)焦手輪,測(cè)微鼓輪,鎖緊手輪,標(biāo)尺,450可調(diào)式半反鏡,2 .調(diào)整測(cè)量裝置。 1）.調(diào)整半反鏡，使讀數(shù)顯微鏡的目鏡中看到均勻明亮的光場(chǎng)。 2）. 調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰、無(wú)視差。調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的物鏡調(diào)節(jié)螺釘，置鏡筒于最低位置，然后，邊觀察邊升高物鏡，直至在目鏡中觀察到清晰的牛頓環(huán)。 3 .測(cè)量牛頓環(huán)的直徑使干涉圓環(huán)中心在視場(chǎng)中央，仔細(xì)觀察干涉條紋的特點(diǎn)。,,4 .讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法 主尺的分度值為1mm，測(cè)微鼓輪共有100個(gè)刻度，其份度值為0.01mm，可估讀到0.001mm。,主尺,測(cè)微鼓輪,15mm,0.506mm,最后讀數(shù)為：15.506mm,,注 意 事 項(xiàng),1.在測(cè)量時(shí)，讀數(shù)顯微鏡的測(cè)微鼓輪應(yīng)沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，中途不可倒轉(zhuǎn)。 2.環(huán)數(shù)不可數(shù)錯(cuò)，在數(shù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)環(huán)數(shù)有變化時(shí)，必須重測(cè)。 3.測(cè)量中，應(yīng)保持桌面穩(wěn)定，不受振動(dòng)，不得觸動(dòng)牛頓環(huán)裝置，否則重測(cè)。,,