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牛顿环

实验室位于恒隆物理楼214-220室

牛顿不仅对力学有伟大的贡献,对光学也有十分深入的研究。所谓牛顿环就是用平行单色光照射一块曲率半径R很大的透镜与平面玻璃所组成的空气隙.这时,空气隙产生的圆环形干涉条纹。这种条纹用光的波动学说可以很容易地解释。牛顿环在检验光学元件表面质量和测量球面的曲率半径及测量光波波长方面得到广泛应用。注意:此实验现在使用电子目镜观察牛顿环,有关电子目镜使用方法见告示牌(网上下载)中附录电子目镜使用介绍。

  • 观察光的干涉现象,了解光的干涉原理。
  • 利用牛顿环测量光学元件的曲率半径。

牛顿环实验操作1

牛顿环实验操作2

详见补充讲义。

牛顿环原理图1.jpg 牛顿环原理图2.jpg

两列频率相同、相位差恒定、振动方向一致、强度相差不大的波相遇时,会产生明显的干涉现象,即在两列波相遇区域的任一点,合成波的强度不等于该两列波的强度之和。当两束光波满足上述条件时,也会发生光波的干涉,这两束光称为相干光。在相干光相遇的区域,有些地方的合成光强大,而有些地方的合成光强小(甚至为零),于是,可形成明暗相间的干涉条纹。牛顿环就是一种环状的干涉条纹。

2.用干涉法测量细丝的直径

d=L/l λ/2

λ为波长,l为相邻两干涉条纹的间距,L为测量物到两平面接触端的距离。

干涉法测细丝直径原理图

  • 带有电子目镜的读数显微镜:50mm/0.01mm
  • 牛顿环仪
  • 钠灯(平均波长589.3nm)
  • 电脑主机与显示屏

附表格

序号仪器设备/测量工具型号 最小分度 不确定度限值
1钢尺 100cm 以下1mm 0.1mm
2游标卡尺 精度1/50 0.02mm 0.02mm
3读数显微镜 50mm 0.01mm 0.02mm

参考文献: 《基础物理实验》沈元华、陆申龙主编 北京 高等教育出版社 2003年12月

  1. 测量平凹透镜的曲率半径。(见补充讲义)
  2. 测量头发的直径。(见补充讲义)
  3. 记录表格可参考下载资料中的牛顿环告示牌
  4. 注意:实验不要求计算曲率半径与头发的直径的不确定度
  1. 取透镜时, 用手轻拿透镜边缘,手不要触摸透镜表面。小心!不要将透镜掉入地上。
  2. 如果透镜表面受到污染,可用镜头纸轻轻擦拭。
  3. 建议估读鼓轮分度值1/2。
  4. 读数时,眼睛直视刻度线,防止由于视差造成较大误差。
  1. 写明本实验的目的和意义。
  2. 阐述实验的基本原理和实验内容及其步骤。
  3. 记录所用仪器名称(如有型号也记下)
  4. 数据处理:计算透镜曲率半径(不要求不确定度计算,注意测量结果的有效数字)。计算头发的直径。
  5. 分析实验现象,讨论实验误差。
  1. 如何判断透镜的平面与曲面?
  2. 在牛顿环仪中,为什么透镜下面有平面圆玻璃?不用圆玻璃,把透镜直接放在读数显微镜平台上可以吗?
  3. 头发丝位置放在靠近边缘位置好?还是放在靠近中间位置好?
  4. 在测量细铜丝(或头发)直径时,在一块平面圆玻璃下为什么有黑纸?
  • 章志鸣,沈元华,陈惠芬. 光学(第二版).北京:高等教育出版社.2000年6月.
  • 沈元华、陆申龙.基础物理实验.北京:高等教育出版社,2003.
  • 敬仕超.物理学导论(第四版)[M].北京:科学出版社,2005.
  • 马根源等.物理学(下册)[M].天津:南开大学出版社,1993(2002年第四次印刷).
  • 鲍钢飞.基础物理学[M].北京:高等教育出版社,2007.
  • 戴坚舟等.大学物理(第二版下册)[[M].上海:华东理工大学出版社,2007.
  • 陈曙光等.大学物理(上册)[[M].湖南长沙:湖南大学出版社,2010.
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  • 最后更改: 2020/04/13 21:52
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