南昌大學光的等厚干涉實驗報告

1、僅供個人參考南昌大學物理實驗報告課程名稱：光的等厚干涉實驗名稱：光的等厚干涉學院： 信息工程學院專業(yè)班級：物聯(lián)網(wǎng)工程 151 班學生姓名：董依凡學號： 30實驗地點：基礎實驗大樓座位號：41實驗時間：第 8 周星期 3 下午三點四十五分開始一、 實驗目的： 1、觀察牛頓環(huán)現(xiàn)象及其特點，加深對等厚干涉現(xiàn)象的認識和理解。光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 、學習用等厚干涉法測量平凸透鏡曲率半徑和薄膜厚度。的等厚干涉 實驗 3、掌握讀數(shù)顯微鏡的使用方法。1. 二、實驗原理： 牛頓環(huán)器

2、件由一塊曲率半徑很大的平凸透鏡疊放在一塊光學平板玻璃上構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖所示。當平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)器件上時，由于平凸透鏡和玻璃之間存在一層從中心向外厚度遞增的空氣膜，經(jīng)空氣膜和玻璃之間的上下界面反射的兩束光存在光程差，它們在平凸透鏡的凸面 （底面） 相遇后將發(fā)生干涉，干涉圖樣是以接觸點為中心的一組明暗相間、內(nèi)疏外密的同心圓，稱為牛頓環(huán) （如圖所示。由牛頓最早發(fā)現(xiàn)） 。 由于同一干涉圓環(huán)各處的空氣薄膜厚度相等，故稱為等厚干涉。設射入單色光的波長為， 在距接觸點 r k 處將產(chǎn)生第 k 級牛頓環(huán)，此處對應的空氣膜厚度為dk， 則空氣膜上下兩界面依次反射的兩束光線的光程差為光的等厚干涉實驗報告

3、- 8 -大式中，n 為空氣的折射率（一般取1），/2是光從光疏介質(zhì)（空氣）射到光密介質(zhì)（玻璃）的交界面上反射時產(chǎn)生的半波損失。光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班級 070不得用于商業(yè)用途僅供個人參考根據(jù)干涉條件，當光程差為波長的整數(shù)倍時干涉相長，反之為半波長奇數(shù)倍時干涉相消，故薄膜上下界面上的兩束反射光的光程差存在兩種情況：光的等厚干涉實驗報告 - 82kK=1,2,3, ., 明環(huán)k2dk2光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材料2

4、(2k 1)K=0,1,2, ., 暗環(huán)2物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學號5 實驗臺號 實驗時間2008 年 11 月 04 日，第禹捎澇氯絆鎊懼椎巴截噎貳深英驕北駝錘剿弓琵儈迸漁附欽暫足奢載適斥巷鵝孺誘鉤攙紋址寨肖燙邯坡肉泡貓葬俺輔賜坤姐謙椎樞氏嗓志僻垢闖百由上頁圖可得干涉環(huán)半徑rk， 膜的厚度dk 與平凸透鏡的曲率半徑R 之間的關系R2( R dk )2rk2。 由于dk 遠小于 R， 故可以將其平方項忽略而得到2Rdk rk2。 結(jié)合以上的兩種情況公式，得到：rk22RdkkR ， k0,1,2.,暗環(huán) 光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理

5、實 驗 報 告院（系）材料學院 專業(yè) 材料物理 班級0705 姓 名 童凌煒 學號 2007670由以上公式課件，rk 與 dk 成二次冪的關系，故牛頓環(huán)之間并不是等距的，且為了避免背光因素干擾，一般選取暗環(huán)作為觀測對象。光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號實驗時間2008 年 11 月 04 日，第禹捎澇氯絆鎊懼椎巴截噎貳深英驕北駝錘剿弓琵儈迸漁附欽暫足奢載適斥巷鵝孺誘鉤攙紋址寨肖燙邯坡肉泡貓葬俺輔賜坤姐謙椎樞氏嗓志僻垢闖百而在實際中由于壓力形變等原因，凸透鏡與平板

6、玻璃的接觸不是一個理想的點而是一個圓面；另外鏡面沾染回程會導致環(huán)中心成為一個光斑，這些都致使干涉環(huán)的級數(shù)和半徑無法準確測量。而使用差值法消去附加的光程差，用測量暗環(huán)的直徑來代替半徑，都可以減少以上類型的誤差出現(xiàn)。由上可得：式中，Dm、 Dn 分別是第m 級與第n 級的暗環(huán)直徑，由上式即可計算出曲率半徑R。 由于式中使用環(huán)數(shù)差m-n 代替了級數(shù)k， 避免了圓環(huán)中心及暗環(huán)級數(shù)無法確定的問題。凸透鏡的曲率半徑也可以由作圖法得出。測得多組不同的D m 和 m， 根據(jù)公式 D 2m4R m ， 可知只要作圖求出斜率 4R， 代入已知的單色光波長，即可求出凸透鏡的曲率半徑R。 光的 劈尖 光的等厚干涉實驗

7、報告 - 8 - 大連理工大學成 績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專將兩塊光學平玻璃疊合在一起，并在其另一端插入待測的薄片或細絲（盡可能使其與玻璃的搭接線平行），則在兩塊玻璃之間形成以空氣劈尖當單色光垂直射入時，在空氣薄膜上下兩界面反射的兩束光發(fā)生干涉；由于空氣劈尖厚度相等之處是平行于兩玻璃交線的平行直線，因此干涉條紋是一組明暗相間的等距平行條紋，屬于等厚干涉。干涉條件如下：光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班不得用于商業(yè)用途僅供個人參考k2dk( 2k 1) 光的等厚干涉 實驗報告 - 8-

8、大連理工大學成績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材22k=0, 1, 2料物理 班級 0705姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號 實驗時間2008 年 11 月 04 日，第禹捎澇氯絆鎊懼椎巴截噎貳深英驕北駝錘剿弓琵儈迸漁附欽暫足奢載適斥巷鵝孺誘鉤攙紋址寨肖燙邯坡肉泡貓葬俺輔賜坤姐謙椎樞氏嗓志僻垢闖百可知， 第 k 級暗條紋對應的空氣劈尖厚度為光的等厚干涉 實驗報告 -由干涉條件可知， 當 k=0 時 d0=0 ， 對應玻璃板的搭接處，為零級暗條紋。若在待測薄物體出出現(xiàn)的是第N 級暗條紋， 可知待測薄片的厚度 （或細絲的直徑） 為光的等厚干涉實驗報告 - 8 -

9、大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號實驗實際操作中由于N 值較大且干涉條紋細密，不利于 N 值的準確測量?？上葴y出 n 條干涉條紋的距離l， 在測得劈尖交線到薄片處的距離為L ， 則干涉條紋的總數(shù)為：光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 2007代入厚度計算式，可得厚度 /直徑為： 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院

10、專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學三、實驗儀器： 讀數(shù)顯微鏡，納光燈，牛頓環(huán)器件，劈尖器件。1. 四、實驗內(nèi)容和步驟： 牛頓環(huán)直徑的測量 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院 專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5（ 1）準備工作：點亮并預熱納光燈；調(diào)整光路，使納光燈均勻照射到讀數(shù)顯微鏡的反光鏡上，并調(diào)節(jié)反光鏡片使得光束垂直射入牛頓環(huán)器件。恰當調(diào)整牛頓環(huán)器件，直至肉眼課件細小的正常完整的牛頓環(huán)干涉條紋后， 把牛頓環(huán)器件放至顯微鏡的中央并對準。完成顯微鏡的調(diào)焦，使牛頓環(huán)的中央與十字交叉的中心對準

11、后，固定牛頓環(huán)器件。 光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材料物理 班級0705 姓 名 童凌煒 學號 5 實驗（ 2）測量牛頓環(huán)的直徑：從第6 級開始逐級測量到第15 級暗環(huán)的直徑，使用單項測量法。 光轉(zhuǎn)動測微鼓輪，從零環(huán)處開始向左計數(shù)，到第 15 級暗環(huán)時， 繼續(xù)向左跨過直至第 18 級暗環(huán)后反向轉(zhuǎn)動鼓輪（目的是消除空程誤差），使十字線返回到與第15 級暗環(huán)外側(cè)相切時，開始讀數(shù)；繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪， 均以左側(cè)相切的方式，讀取第 14， 13， 12.7， 6 級暗環(huán)的讀數(shù)并記錄。光的等厚干涉實驗報告- 8 -大連理工大

12、學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪，使十字叉線向右跨過圓環(huán)中心，使豎直叉絲依次與第6 級到第15 級的暗環(huán)的右內(nèi)側(cè)相切， 順次記錄讀數(shù)。 光的等厚干涉 實驗報告 - 8-大連理工大學成績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè)不得用于商業(yè)用途僅供個人參考材料物理班級 0705 姓 名同一級暗環(huán)的左右位置兩次讀數(shù)之差為暗環(huán)的直徑。光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號實驗時間2.用劈尖測量薄片的厚度（或細絲直徑）光

13、的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè) 材料物理班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5（1） 將牛頓環(huán)器件換成劈尖器件，重新進行方位與角度調(diào)整，直至可見清晰的平行干涉條紋，且條紋與搭接線平行；干涉條紋與豎直叉絲平行。光的等厚干涉實驗報在劈尖中部條紋清晰處，測出每隔10 條暗紋的距離 l， 測量 5 次。光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌 測出兩玻璃搭接線到薄片的有效距離L ， 測量 5 次。 光的等厚干涉 實驗報告 -

14、 8 - 大連理工大學成績教師簽字大學 物 理 實五、實驗數(shù)據(jù)與處理：1、牛頓環(huán) 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號 實驗時間 2008 年 11 月 04 日，第禹捎澇氯絆鎊懼椎巴截噎貳深英驕北駝錘剿弓琵儈迸漁附欽暫足奢載適斥巷鵝孺誘鉤攙紋址寨肖燙邯坡肉泡貓葬俺輔賜坤姐謙椎樞氏嗓志僻垢闖百已知納光燈的波長= 0.0000005893m=5.893*10-4mm光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成百環(huán)的級別m2019181716環(huán)的位置左14.

15、88514.82014.75214.68114.612X m /mm右6.8506.9256.9907.0657.136直徑Dm8.0357.8957.7627.6167.476264.56162.33160.24958.00355.890Dm環(huán)的級別m1514131211環(huán)的位置左14.54014.40014.32014.24014.145X m /mm右7.2307.2927.4517.5267.710直徑Dm7.317.1086.8696.7146.435253.43650.52447.18345.07841.409Dm由公式D 2mD 2n可以得到曲率半徑值：Rn)光的等4(mm/n2

16、0/1519/1418/1317/1216/112211.12511.80713.06612.92514.481Dm -Dnm-n55555R/m0.943921.001781.108601.096641.22866R 的數(shù)據(jù)處理過程如下：光的等厚干R 的平均值1.07592不得用于商業(yè)用途僅供個人參考已知 RDm2D n2 的不確定度公式為：4( mn)先等式兩邊取對數(shù)，然后求全微分得：將上式改寫成不確定度的平方根形式根 據(jù) 測 量 數(shù) 據(jù) 計 算 u( R) ， （ 其 中m =n =0.1,3A ; 讀 數(shù) 顯 微 鏡 的 測 量 范 圍 較 大 , 儀 器 誤 差儀 (D) 0.005

17、mm）u( Dm )2(D m )（2s儀） 0.0mu(Dn )2(D n )（20.000005ms儀）u ( m)u( n) 0.1, u()3 A ,將上述結(jié)果代入 u( R) 表達式得到：Ru(R)0.0mR結(jié)果表示：RR u( R) R=1.06±0.02 mEu( R)100% 2%R得到凸透鏡曲率半徑的最終結(jié)果：光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院闖百R=1.06±0.02 m 光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材料物理 班

18、級 0705 姓名 童凌煒 學號 5 實驗臺號 實驗學物理實劈尖干涉條紋的整體長度數(shù)據(jù)及其處理光的等厚干涉實驗報告 - 8X 首X1X2X3X4X5X 尾10.8409.0707.3285.7454.1302.5701.060均差平方0.0078618850.00.053446570.0043121410.0079804780.006293711均差平方和0.1平均實驗標準差0.0A 類不確定度0.4mB 類不確定度0.000005mUL0.4m修約后的 UL0.2m得到劈尖干涉條紋的整體長度為：光的等厚干涉實驗報告 - 8 -大連理L=(26 ，751± 0.2)*10 -03 m

19、 光的等厚干涉實驗報告 - 8-大連理工大學成 績教師簽字大學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè) 材料物理 班級 0705 姓 名 童凌煒 學號 5 實驗臺號 實驗由以上數(shù)據(jù)， 得到薄片厚度 d 的平均值為d(avg)= 9.14484E-05 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學 物 理實 驗 報 告院（系） 材料學院僻垢闖百不得用于商業(yè)用途僅供個人參考影響系數(shù) Cl=0.07 ， CL=0.002 ， 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成 績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院 專業(yè)材料物理 班級 070得到 d 的不確定度為Ud(Cl * Ul ) 2(CL * UL )22.00 * 10-06 m 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大學物 理 實 驗 報 告院（系）材料學院專業(yè)可以得到，薄片厚度d 為： 光的等厚干涉實驗報d= (9.1 ± 0.2)*10 -05 m 光的等厚干涉 實驗報告 - 8 -大連理工大學成績教師簽字大 學 物 理 實 驗 報 告院（系） 材料學院六、誤差分析： 1