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牛顿环实验

修改中的版本

马宁生-同济大学、金佳-同济大学 V1.0版

1、科学素养

1666年,牛顿(Isaac Newton)用三棱镜研究日光,得出结论:白光是由不同颜色(即不同波长)的光混合而成的,不同波长的光有不同的折射率。牛顿还曾把一个磨得很精密、曲率半径较大的凸透镜的凸面,压在一个十分光洁的平面玻璃上,在白光照射下可看到,中心的接触点是一个暗点,周围则是明暗相间的同心圆圈。后人把这一现象称为“牛顿环”。 托马斯·杨发现利用透明物质薄片同样可以观察到干涉现象,进而引导他对牛顿环进行深入的研究,他用自己创建的干涉原理解释了牛顿环的成因和薄膜上的色彩,第一个近似地测定了七种色的光的波长,从而完全确认了光是一种具有周期性的波动,为光的波动理论又找到了一个强有力的证据。托马斯·杨是波动光学的奠基者之一。可见发现新现象、探究新问题一直是科学家们的首要任务。

2、分层次实验教学内容

a)基础内容

理解干涉条纹的成因及特点。调节牛顿环装置及读数显微镜至能进行正常测量的状态。

b)提升内容

测量第21-30环的牛顿环直径值。

c)进阶内容

用逐差法计算透镜的曲率半径。并进行误差分析。

d)高阶内容

用劈尖干涉测量细丝直径。

3、能力培养

掌握数据处理的方法、提高误差分析的能力,提升学习者分析和研究的能力。

4、知识点

牛顿环、等厚干涉、光程差、曲率半径。

5、学科关联

光学、光学测量学、材料学。

6、延伸实验

用渐变力施加于金属丝上,用等厚干涉测量金属丝的杨氏模量。

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