长安大学大学物理实验报告(迈克尔干涉 )

时间:2024.3.19


第二篇:等厚干涉,大学物理实验,实验报告,预习报告(完整版)


一.实验目的:

a.       复习与巩固等厚干涉原理,观察等厚干涉现象;

b.      利用牛顿环测量透镜球面的曲率半径;

c.       学会消除误差,正确处理数据的方法;

二. 实验仪器:

读数显微镜,牛顿环装置,单色光源(钠光灯)

三.实验原理:

牛顿环是由一块曲率半径较大的平凸玻璃,以其凸面放在一块光学平板玻璃上构成的,这样平凸玻璃的凸面和平板玻璃的上表面之间形成了一个空气薄层,其厚度由中心到边缘逐渐增加,当平行单色光垂直照射到牛顿环上,经空气薄膜层上、下表面反射的光在凸面处相遇将产生干涉。其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的同心圆环(如图9-2所示)。这一现象是牛顿发现的,故称这些环纹为牛顿环。 

 

四.  

 

  

如图9-1所示,设平凸玻璃面的曲率半径为R,与接触点O相距为r处的空气薄层厚度为e,那么由几何关系:

R2 = (R-e)2 + r2 = R2 – 2Re + e2 + r2

Re ,所以e2 项可以被忽略,有

                               (9-1)

现在考虑垂直入射到r处的一束光,它经薄膜层上下表面反射后在凸面处相遇时其光程差

d = 2e + l/2

其中 l/2 为光从平板玻璃表面反射时的半波损失,把(9-1)式代入得:

                                        (9-2)

由干涉理论,产生暗环的条件为

    (K=0,1,2,3,¼)              (9-3)

从(9-2)式和(9-3)式可以得出,第K级暗纹的半径:

  (K=0,1,2,3,¼)                  (9-4)

由上式可知,如果已知光波波长,只要测出rk,即可求出曲率半径R,反之,已知R也可由(9-4)式求出波长。但由于接触点处机械压力引起玻璃的形变,使得接触点不可能是一个理想点,而是一个明暗不清的模糊圆斑。或者接触点处不十分干净,空气间隙层中有了尘埃,附加了光程差,干涉环中心为一亮(或暗)斑。无法确定环的几何中心,因此我们通常取两个暗环直径的平方差来计算R。

根据(9-4)式,第m环暗纹和第n环暗纹的直径可表示为:

                                 (9-5)

                                  (9-6)

把(9-5)式和(9-6)式相减得到:

则曲率半径

                              (9-7)

上式说明,两暗环直径的平方差只与它们相隔几个暗环的数目(m-n)有关,而与它们各自的级别无关。因此我们测量时,只要测出第m环和第n环直径以及数出环数差m-n,即可计算出透镜的曲率半径R。用环数代替级数,而无须确定各环的级数,并且避免了圆心无法准确确定的困难。

由于接触点处玻璃有弹性形变,因此在中心附近的圆环将发生移位,故拟利用远离中心的圆环进行测量。

四.实验内容与步骤

1.定性观察

利用平晶及单色光判断待测透镜的凸面及玻璃的平面,定性直接观察干涉条纹的形状,并作分析,记录,以加深对干涉现象的理解。

2.调整仪器

(1)由待测透镜的兔年及平玻璃的平面组成牛顿环装置,令其处于自由状态。、

  (2)调整45度反射平面玻璃几显微镜的位置,使入射光几乎垂直入射,并使钠光能充满整个视场。

 (3)调节目镜,看清叉丝;显微镜调焦,看清干涉条文,使叉丝焦点大致在牛顿环的中心位置。

 (4)定性观察待测各环,其左右是否清晰,并皆在读书范围之内。

3.定量测量

从第5环开始,测量20个环的直径,并核对有否数环数错。

请 慎重考虑:

(1)  如何操作才能消除空程

(2)  如何核对环的技术有否错误

(3)  若条纹较粗,如何测量更准确

(4)  完成上述测量后,将牛顿环装置转过90°左右重复测量

4.计算

分别计算R值以其平均值作为待测曲率半径R的结果,计算△R。计算时把波长作为常数,m与m作为自然数处理。

五.数据记录与数据处理

数据记录与处理表格:

λ=

R=    ±    (m)

六.思考题

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