实验二:用牛顿环测平凸透镜的曲率半径
目的:
1、通过对牛顿环图象的观察和测量,加深对等厚干涉的理解。
2、学习通过牛顿环法测量透镜曲率半径的方法。
要求: 学会使用读数显微镜并通过牛顿环法测量透镜的曲率半径。
仪器:牛顿环仪、钠光灯、读数显微镜
原理:将一曲率半径较大的平凸透镜的凸面与一块平面玻璃接触时,在凸面与平面之间就形成了一个自接触点O向外逐渐均匀加厚的空气薄层。当单色光垂直向下照射时,在空气薄层的上、下表面相继反射的两束反射光①和②存在着确定的光程差,因而在它们相叠加的地方(透镜凸面附近)就会产生以O点为中心的明暗相间的同心圆环,见下图一、图二,这种干涉现象称为牛顿环。
R
②
①
P
hk
O
图一 图二
由于反射光①是从光密到光疏介质的界面上反射的,而反射光②是从光疏到光密介质的界面上反射的,因此这两束反射光之间除了具有的光程差外,还附加了的额外光程差。所以在P点处两束相干的反射光束①和②的总光程差为……⑴
式中为某相遇点空气隙的厚度。相同厚度处两束光具有相同的光程差,因而处在相同的干涉状态,这就是等厚干涉。
当光程差满足……⑵时,为暗条纹。式中为暗条纹的级次,为所用单色光源的波长。将⑴式代入⑵式,得暗条纹的空气隙厚度满足…⑶
显然,在接触点O处,,为零级暗条纹。
由图二看出,空气隙厚度和平凸透镜曲率半径R及暗条纹的半径之间的关系为……⑷
因,所以可略去项,并将⑶式代入⑷式,得暗条纹半径满足……⑸
由上式可知,如果已知单色光源的波长,只要测出第级暗条纹的半径,就可测出平凸透镜的曲率半径R.
常用的方法是测量干涉条纹的直径,将⑸式写成……⑹,而且采用逐差法处理所得数据。选取距中心较远的、比较清晰的两组干涉条纹的直径,一组级次为,另一组级次为,且,,
实验内容及步骤:
1、调整牛顿环使干涉条纹位于环中央;
2、把牛顿环装置放置在物镜正下方,调节45°玻璃片,使钠光灯射出的光线垂直入射到牛顿环装置上。
3、①调整测量装置,使牛顿环中心与显微镜对准,在显微镜中能观察到反射回来的黄光。
②调节显微镜目镜,使十字丝清晰,调节镜筒手轮,使镜筒移动看到干涉条纹。调节目镜镜筒,使一根十字丝与移测方向垂直。
③取m=10,且K1=6,8,10,则K2=16,18,20,旋转显微镜鼓轮,使十字丝中央缓缓向左移动到20环以外,然后单方向向右移动,依次测出x20、x18、x16、x10、x8、x6,继续向右移动,经环中心移动到另一边,依次测出x6′、x8′、x10′、x16′、x18′、x20′。
④将测量数据填入表格中.
⑤计算透镜的曲率半径、绝对误差、相对误差Er,并写出结果R=
实验数据处理:
=?
把(当作一个整体来求误差。
( )
( )
规定:结果表示式中的绝对误差只取一位,测量结果的最后一位要与绝对误差所在位对齐。
例如:
注意:1、接通钠光灯电源后,预热10分钟,不要用力移动。
2、读数显微镜的读法类似于千分尺。
3、在每次测量时,鼓轮应沿同一个方向转,中途严禁倒转。
4、要求采用逐差法处理所得数据。
第二篇:牛顿环测凸透镜的曲率半径实验完整报告含数据
沈阳城市学院
物理实验报告
物理实验室制
请认真填写
请认真填写
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附件:(实验曲线请附在本页)