大學(xué)物理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)論文

1、牛頓環(huán)側(cè)波長牛頓環(huán)側(cè)波長陸勇 彭鵬 安全壽重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 400074摘要 ：該實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了精密的光學(xué)儀器，利用光的等厚干涉及半波損失，通過光程差再加以近似計(jì)算從而得出未知光的波長。還可以利用實(shí)驗(yàn)所得到的牛頓環(huán)干涉圖樣進(jìn)行更深一步的分析從而達(dá)到深刻理解等厚干涉原理的目的。關(guān)鍵字： 條紋 ，透鏡 ，曲率半徑，波長Newton ring lateral wavelength Luyong Pengpeng AnquanshouChongqing jiaotong university institute of civil engineering and construction,Ch

2、ongqing 400074Abstract: the experiment using sophisticated optical instruments, make use of light thickness dry involving half wave loss, through the lightCheng sent it to life again unknown approximate calculation and concluded that the wavelength of light. Still can use the fokker-planck equation

3、of Newton ring dryWade pattern for further analysis thus reach profound understanding thickness interference principle of purpose.Key word: stripe, lens, the curvature radius, the wavelengths1引言將一曲率半徑很大的平凸面透鏡疊放在一平面玻璃板上，在兩者之間就形成一個上表面為球面，下表面為平面的空氣薄層，一束單色平行光垂直入射到平凸透鏡上，在空氣薄層上下表面反射的兩束光在空氣層的上表面附近相遇，形成以接觸點(diǎn)

4、為中心的明暗相間的同心環(huán)狀條紋。這些環(huán)狀條紋最初是由牛頓發(fā)現(xiàn)的，后人稱之為牛頓環(huán)。在實(shí)驗(yàn)中，人們常用它來測定曲率半徑很大的透鏡的曲率半徑，入射光波長或介質(zhì)的折射率。2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 2. 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 牛頓環(huán)等厚干涉的原理和觀察方法；2. 理解用牛頓環(huán)測量光波波長的方法；3. 掌握讀書顯微鏡的使用；4. 學(xué)習(xí)用逐差法處理數(shù)據(jù)； 22 實(shí)驗(yàn)原理如圖（a）所示，平面透鏡凸面的曲率半徑很大，光線垂直入射，在空氣薄層的上下表面均會發(fā)生反射。兩束反射光線在相遇處的光程差為該處空氣間隙厚度的兩倍,又因這兩條相干光線中一條來自光密媒質(zhì)面的反射，另一條光線來自光疏媒質(zhì)面上的反射，它們之間有個大小為的相位突變，

5、通常叫做“半波損失”，所以，再相遇處的兩相干光線的光程差為 （1）光程差是隨空氣間隙層厚度改變的，相同的厚度處的干涉狀態(tài)相同，所以叫做“等厚干涉”，干涉條紋是以接觸點(diǎn)為圓心的許多圓環(huán)，如圖（b）所示當(dāng)光程差滿足 （2）時為暗條紋，將（1）式代入（2）式后，得到暗條紋的空氣間隙厚度滿足 （3）由此可見：接觸點(diǎn)處 ，對應(yīng)的應(yīng)是零級暗條紋。明條紋的光程差滿足 ，它出現(xiàn)在空氣間隙層厚度為 處，由于一般測量時均使用暗條紋，所以對亮條紋不再詳述。由圖（a）可知，空氣間隙層厚度和透鏡凸面曲率半徑R及干涉暗環(huán)條紋的半徑之間有著簡單的幾何關(guān)系，即 （4）因?yàn)镽,所以 ，略去項(xiàng)，將（3）代入（4）式，得出 暗條紋

6、的半徑為 （5）由（5）式可知，如果透鏡的曲率半徑R已知，測出K級暗環(huán)的半徑 ，就可以求出入射光的波長 。但是用此公式誤差往往很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的點(diǎn)接觸，接觸壓力會引起局部變形，是接觸點(diǎn)成為一個圓面，干涉環(huán)中心為一暗斑，所以無法確定環(huán)的中心，所以比較準(zhǔn)確的方法是 測量環(huán)的直徑。測出各對應(yīng)K環(huán)的直徑 ，由（5）式可知 （6）又由于灰塵等存在，使接觸點(diǎn)的，其級數(shù)k也是未知的，則使任一暗環(huán)的級數(shù)和直徑難以確定，故取任意兩個不相鄰的暗環(huán)，記其直徑分別為和（m n）,求其平方差，由（6）式知 則 （7） 分別測出m級，n級的直徑，實(shí)驗(yàn)用透鏡的曲率半徑已知，利用上式就可以 算出入射光的波

7、長了。 2. 3 實(shí)驗(yàn)儀器 讀數(shù)顯微鏡，牛頓環(huán)，平面反射玻璃片，未知波長光燈 2.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1 調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置點(diǎn)亮光燈，轉(zhuǎn)動半反射鏡，使得通過顯微鏡觀察時視場最亮，這時，基 本上滿足入射光垂直于透鏡的要求。 調(diào)節(jié)目鏡使十字叉清晰，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)解手輪，使鏡筒由最低位置緩緩上 升，邊升邊觀察，直至在目鏡中看到聚焦清晰的牛頓環(huán)，移動牛頓環(huán)裝置 使干涉條紋的中心在視場中央。2 觀察干涉條紋的分布特征觀察各級條紋的粗細(xì)是否一致，條紋間距有無 變化，牛頓環(huán)中心是亮斑還是暗斑，思考如何解釋。 3測量牛頓環(huán)的直徑 轉(zhuǎn)動顯微鏡測微鼓輪，使十字叉往某一方向移動，列如從環(huán)心向左側(cè)移同時數(shù)出移動的暗環(huán)數(shù)，當(dāng)移動到

8、55圈暗環(huán)時，把鼓輪往相反方向移動，在顯微鏡的豎直叉絲與第50圈暗環(huán)側(cè)相切時，從主尺和附尺上讀出第50環(huán)左邊的位置，沿同一方向轉(zhuǎn)動鼓輪，每隔5環(huán)記下顯微鏡的讀數(shù)，依次讀出45環(huán)，40環(huán)，35環(huán)，5環(huán)的位置。繼續(xù)按同一方向轉(zhuǎn)動鼓輪，使顯微鏡筒越過干涉環(huán)心，測出環(huán)心右側(cè)的第5，第10，第15直到第50個暗環(huán)的位置，分別記錄于數(shù)據(jù)表中，并算出干涉環(huán)的的直徑D值。 2.5 數(shù)據(jù)記錄與處理 取m-n=25 R 已知環(huán)的級數(shù)m5045403530環(huán)的位置（mm）左右環(huán)的直徑（mm）環(huán)的級數(shù)n環(huán)的位置（mm）左右環(huán)的直徑（mm） 用“逐差法”處理數(shù)據(jù)，依次計(jì)算等腳標(biāo)相隔為25的五組數(shù)據(jù)，代入(7)式分別算出各值，并求出R的平均絕對誤差及相對誤差，寫出最后結(jié)果表達(dá)式。 結(jié)果表達(dá)：R= %=3.注意事項(xiàng) 轉(zhuǎn)動鼓輪，依次測量各級條紋在環(huán)心兩側(cè)的位置時，每次測量中，鼓輪都應(yīng)沿同一方向轉(zhuǎn)動，中途不可倒轉(zhuǎn)，否則應(yīng)重新測量。4.實(shí)驗(yàn)用圖（a） （b）5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析牛頓環(huán)的中心總是暗紋，k越大，相鄰明（暗）紋之間的距離越小，條紋的分布是不均勻的，如果透鏡向上移動，條紋就會向里收縮。6.作者簡介陸勇 男 土木建筑學(xué)院橋梁工程4班 學(xué)號： 09010817彭鵬 男 土木建筑學(xué)院橋梁工程4班 學(xué)號： 09010813安全壽 男 土木建筑學(xué)院橋梁工程4班 學(xué)號： 09010