用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑

1、用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 沈陽城市學院物理實驗教學中心用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗簡介實驗簡介“牛頓環(huán)牛頓環(huán)”是牛頓在是牛頓在16751675年制做天文望遠鏡時，偶然將一年制做天文望遠鏡時，偶然將一個望遠鏡的物鏡放在平板玻璃上發(fā)現(xiàn)的。個望遠鏡的物鏡放在平板玻璃上發(fā)現(xiàn)的。 用白光照射時用白光照射時，接觸點出現(xiàn)明暗相間的，接觸點出現(xiàn)明暗相間的同心彩色圓環(huán)同心彩色圓環(huán)。用單色光照射用單色光照射，則出現(xiàn)明暗相間的，則出現(xiàn)明暗相間的單色圓環(huán)單色圓環(huán)，這是由于光，這是由于光的干涉造成的，這種光學現(xiàn)象被稱為的干涉造成的，這種光學現(xiàn)象被稱為“牛頓環(huán)牛頓環(huán)”。牛頓環(huán)。牛頓環(huán)是一

2、種薄膜等厚干涉。是一種薄膜等厚干涉。 白光入射時的牛頓環(huán)白光入射時的牛頓環(huán)單色光單色光牛頓環(huán)牛頓環(huán)用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 牛頓環(huán)是一種光學器件，它的結構包括一個曲率半徑很大的平凸透鏡和一塊平玻璃板。當單色平行光垂直入射到牛頓環(huán)時，可獲得等厚干涉條紋。這一原理在實際工作中有很多應用，除了本實驗用來測量透鏡的曲率半徑外，最典型的是在光學元件生產(chǎn)中用它來檢驗光學表面的加工質量，如光潔度和平面度等。通過本實驗，可使學生從實驗的角度加深了解等厚干涉原理。 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 目鏡目鏡物鏡物鏡上下移上下移動旋鈕動旋鈕讀數(shù)標尺讀數(shù)標尺讀數(shù)鼓

3、輪：水讀數(shù)鼓輪：水平移動旋鈕平移動旋鈕反光鏡旋鈕反光鏡旋鈕讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 1 1、調(diào)節(jié)顯微鏡視場明亮。、調(diào)節(jié)顯微鏡視場明亮。2 2、目鏡調(diào)焦，使分劃板清晰。、目鏡調(diào)焦，使分劃板清晰。3 3、物鏡調(diào)焦，使象清晰（用、物鏡調(diào)焦，使象清晰（用視差法判斷）。視差法判斷）。4 4、調(diào)整被測物件，使其被測、調(diào)整被測物件，使其被測的位移同顯微鏡的移動方向的位移同顯微鏡的移動方向平行。平行。5 5、沿同一方向轉動測微鼓輪，、沿同一方向轉動測微鼓輪，測量距離。測量距離。 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 讀數(shù)鼓輪轉一圈，讀數(shù)讀數(shù)鼓輪轉一圈，讀數(shù)顯微鏡筒移動顯微鏡筒移動1 1毫米毫米主尺

4、：主尺：15mm測微鼓輪：測微鼓輪：0.506mm最后讀數(shù)為：最后讀數(shù)為：15.506mm15.506mm用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 牛頓環(huán)（R 855mm）平凸透鏡平玻璃板螺釘螺釘空氣薄膜牛頓環(huán)的結構包括一個曲率半徑很大（牛頓環(huán)的結構包括一個曲率半徑很大（R 855mm）的平凸透鏡和一塊平玻璃板，的平凸透鏡和一塊平玻璃板，在平凸透鏡和平玻璃板之間產(chǎn)生空氣薄膜，在平凸透鏡和平玻璃板之間產(chǎn)生空氣薄膜，當單色平行光垂直入射到牛頓環(huán)時，可獲當單色平行光垂直入射到牛頓環(huán)時，可獲得等厚干涉條紋。得等厚干涉條紋。 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 鈉光燈 鈉光燈是一種氣體放電光源，可發(fā)出波長分別為588.966

5、nm和589.593nm的黃色譜線。 實驗中可取 鈉光燈必須與鎮(zhèn)流器串聯(lián)、在額定電壓與額定電流下使用。 鈉光燈使用時的預熱5分鐘。 鈉光燈要盡量連續(xù)使用。nm2 . 03 .589用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 密接觸密接觸22 en明紋明紋)21( n暗紋暗紋光程差光程差0級暗斑用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 ), 2 , 1 , 0(k暗環(huán)半徑暗環(huán)半徑明環(huán)半徑明環(huán)半徑), 3 , 2 , 1(kRkr)21( kRr 討討論論用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 RrnRrn2mRrm2r2)(4)(2222nmDDnmrrRnmnm用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 1.分振幅、等厚干涉； 2.明暗相間的同心圓環(huán)

6、； 3.級次中心低、邊緣高； 4.間隔中心疏、邊緣密； 5.同級干涉，波長越短,條紋越靠近中心。 k k牛頓環(huán)干涉條紋的特點用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗光路布置用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 4.4.調(diào)焦：使鏡筒調(diào)焦：使鏡筒自下而上自下而上的移動，看清干的移動，看清干涉條紋并觀察其分布涉條紋并觀察其分布。3.3.調(diào)目鏡使十字叉絲清晰，橫絲與鏡筒移動調(diào)目鏡使十字叉絲清晰，橫絲與鏡筒移動方向平行。方向平行。 2.2.點燃鈉光燈，放好牛頓環(huán)儀，待鈉光燈發(fā)點燃鈉光燈，放好牛頓環(huán)儀，待鈉光燈發(fā)光正常后，調(diào)平玻片與水平成光正常后，調(diào)平玻片與水平成4545，使目鏡，使目鏡視場中充滿黃光。視

7、場中充滿黃光。1.1.轉動測微鼓輪轉動測微鼓輪, ,使鏡筒位于標尺中間位置。使鏡筒位于標尺中間位置。5.5.叉絲中心與牛頓環(huán)中心對準。叉絲中心與牛頓環(huán)中心對準。測量準備測量準備用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法記下鏡筒位置記下鏡筒位置xm用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量

8、暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容測量暗環(huán)直徑的方法測量暗環(huán)直徑的方法記下鏡筒位置記下鏡筒位置xm，則直徑則直徑mmmxxD用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 032 1、 轉動讀數(shù)鼓輪轉動讀數(shù)鼓輪, 觀察十字準線豎線從中央緩慢向左觀察十字準線豎線從中央緩慢向左（或向右）移至（或向右）移至32環(huán)，然后反方向自環(huán)，然后反方向自

9、32環(huán)向右（或向左）移環(huán)向右（或向左）移動，當十字準線豎線與動，當十字準線豎線與30環(huán)環(huán)外側相切外側相切時，記錄讀數(shù)顯微鏡上時，記錄讀數(shù)顯微鏡上的位置讀數(shù)的位置讀數(shù)x30然后繼續(xù)轉動鼓輪，使豎線依次與然后繼續(xù)轉動鼓輪，使豎線依次與29-10環(huán)環(huán)外側相切外側相切，并記錄讀數(shù)。過了，并記錄讀數(shù)。過了10環(huán)后繼續(xù)轉動鼓輪，直到十環(huán)后繼續(xù)轉動鼓輪，直到十字準線豎線回到牛頓環(huán)中心，核對該中心是否是字準線豎線回到牛頓環(huán)中心，核對該中心是否是 k = 0。03232測量牛頓環(huán)直徑測量牛頓環(huán)直徑用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 2 2、繼續(xù)按原方向轉動讀數(shù)鼓輪，越過干涉圓環(huán)中心，、繼續(xù)按原方向轉動讀數(shù)鼓輪，越過干涉

10、圓環(huán)中心，記錄十字準線與右邊（或左邊）第記錄十字準線與右邊（或左邊）第10-3010-30環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)切切時的讀數(shù)，時的讀數(shù)，注意從一側注意從一側3030環(huán)移到另一側環(huán)移到另一側3030環(huán)環(huán)的過程中鼓輪不能倒轉，否則將產(chǎn)生空程誤差。的過程中鼓輪不能倒轉，否則將產(chǎn)生空程誤差。 1717牛頓環(huán)直徑牛頓環(huán)直徑左左17X右右17X左左右右171717DXD 測量牛頓環(huán)直徑測量牛頓環(huán)直徑用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 空程誤差屬系統(tǒng)誤差，由螺母與螺桿間的間隙造成； 在齒合前，輕輕轉動螺尺手柄，螺尺讀數(shù)變化，而游標并沒有移動。 消除方法：測量時只往同一方向轉動螺尺。讀數(shù)顯微鏡的空程誤差用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑

11、數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄mmdnnd22/mdmm22/ndmm222/mnddmm環(huán)的級數(shù)302928272625環(huán)的位置/mm右左環(huán)的直徑/mm環(huán)的級數(shù)151413121110環(huán)的位置/mm右左環(huán)的直徑/mm用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 1 1、用逐差法計算：、用逐差法計算：2n2mDD 2n2mDD 和和2 2、計算、計算 的不確定度：的不確定度：2n2mDD 2n2m2n,miADDX16)XX( 其其中中mm005. 0B 2B2AX 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理3 3、計算平凸透鏡的曲率半徑、計算平凸透鏡的曲率半徑R R及不確定度及不確定度: :15)(422nmnmDDRnm（其中曲率半徑曲率半徑不確定度不確定度)(4nmXRRRR用牛頓環(huán)測凸透鏡的曲率半徑 1、在布置光路時，注意將顯微鏡底座中的反光鏡轉到背光一側。2、在測量過程中，鼓輪應沿同一方向轉動。3、對物鏡調(diào)焦時，應使物鏡筒從最低點自下