牛顿环测平凸透镜曲率半径 ppt课件
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牛顿环测平凸透镜曲率半径PPT精选文档
实验中采用暗环条件，测量平凸透镜的曲率 半径
k级 明 纹 rk2 k 2 1 R k1 ,2 ,3 ,L
e r2 2R
k
23
公式演变
1.压力会使平板玻璃和平凸透镜的接触点变为圆斑（甚至不 规则），导致各暗环的中心不能确定。
2.灰尘会引起附加的光程差，导致各暗环的绝对级次不能确 定。
3.中心为暗斑时，可能会覆盖其附近的几级条纹，因此直接 数级数时，也会数不准，影响实验结果
22
☆分析光程差，取n =1(考虑半波损失)
2e2 （ k2k,1k)2 ,1,k2, 0(,加 1,2强 ,)(减 弱 )
☆目的: 消去e 计算环的半径Ｒ
r 2 R 2 ( R e ) 2 2 e R e 2
k 级 暗 环 r k k R k 0 ， 1 ,2 ,3 ,L
e 得： (e<<R) 略去 2
20
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
R rm2rn2 Dm 2Dn2
(mn) 4(mn)
21
牛顿环4(m n)
dA1 dB1
18
读数显微镜
读数标尺
读数盘
读数显微镜：由显微镜与移动测量装置组成
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目镜、分划板和短焦距物镜组成
19
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
k级 明 纹 rk2 k 2 1 R k1 ,2 ,3 ,L
e r2 2R
k
23
公式演变
1.压力会使平板玻璃和平凸透镜的接触点变为圆斑（甚至不 规则），导致各暗环的中心不能确定。
2.灰尘会引起附加的光程差，导致各暗环的绝对级次不能确 定。
3.中心为暗斑时，可能会覆盖其附近的几级条纹，因此直接 数级数时，也会数不准，影响实验结果
22
☆分析光程差，取n =1(考虑半波损失)
2e2 （ k2k,1k)2 ,1,k2, 0(,加 1,2强 ,)(减 弱 )
☆目的: 消去e 计算环的半径Ｒ
r 2 R 2 ( R e ) 2 2 e R e 2
k 级 暗 环 r k k R k 0 ， 1 ,2 ,3 ,L
e 得： (e<<R) 略去 2
20
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
R rm2rn2 Dm 2Dn2
(mn) 4(mn)
21
牛顿环4(m n)
dA1 dB1
18
读数显微镜
读数标尺
读数盘
读数显微镜：由显微镜与移动测量装置组成
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目镜、分划板和短焦距物镜组成
19
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
用牛顿环干涉测量透镜的曲率半径PPT
实验仪器与实验步骤
移测显微镜M
钠灯
玻璃片G
牛顿环仪
• 1. 借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环仪， 调节框上的螺丝使干涉环呈圆形，并位于中央；
• 2. 将仪器按图所示放置，光先后经玻璃片G、 牛顿环反射进入移测显微镜M，使显微镜中能 观察到黄色明亮的视场；
• 3. 调节显微镜目镜，在目镜中看到清晰的叉丝； 将显微镜对准牛顿环仪的干涉环，从下向上移 动镜筒，对干涉条纹进行调焦，使看到的环纹 尽量清晰。
实验原理
������
1
23
5 4
6
������������
������������ = ������������������ （1）
൝������������������22������
= =
������������������ ������������������
（2）
������ = ���������2���−���������2��� （3）
• 2. 将仪器按图所示放置，光先后经玻璃片G、 牛顿环反射进入移测显微镜M，使显微镜中能 观察到黄色明亮的视场；
钠灯
玻璃片G
牛顿环仪
实验仪器与实验步骤
• 3. 调节显微镜目镜，在目镜中看到清晰的叉丝；将显微镜对准牛顿环 仪的干涉环，从下向上移动镜筒，进行调焦，使看到的环纹尽量清晰。
目镜 标尺
调焦手轮
���������2��� ������)������
（钠光 ������ = 589.3 nm）
• 4. 测量干涉环的直径，计算透镜曲率半径。（实验中，为防止移测 显微镜的回程误差，测微鼓轮需向同一方向旋转。）
数据处理采用用逐差法
������1
用牛顿环测定透镜的曲率半径课件
影响。
03
实验结果分析
数据处理与误差分析
数据处理
将实验中测得的数据进行整理，绘制 出牛顿环干涉图样，并标出各环的半 径。
误差分析
对实验中可能产生的误差来源进行分 析，如测量工具精度、环境温度和湿 度变化等。
曲率半径的计算
方法一
根据干涉图样，利用公式$r = frac{klambda}{2pi}sqrt{frac{D}{d}}$计算透镜的曲率半径， 其中$k$为干涉级数，$lambda$为光波长，$D$为干涉图样 的直径，$d$为两玻璃间的缝隙。
步骤四
使用测微器测量透镜 的直径，并记录数据 。
步骤五
根据干涉条纹间距公 式和已知的波长计算 透镜的曲率半径。
数据记录与处理
表格1
记录不同干涉条纹间距的数据 。
表格2
记录透镜直径的测量数据。
计算
根据干涉条纹间距公式和已知 波长计算曲率半径。
误差分析
分析实验过程中可能产生的误 差来源，如测量误差、环境因 素等，并评估其对实验结果的
实验操作复杂
实验操作过程较为复杂， 需要专业人员指导。
实际应用与展望
光学仪器制造
透镜曲率半径的精确测量 对于光学仪器制造具有重 要意义。
科学研究
在光学、物理学等领域， 透镜曲率半径的精确测量 有助于推动相关研究的发 展。
技术创新
随着科技的发展，新的测 量技术和方法将不断涌现 ，有望提高透镜曲率半径 的测量精度和效率。
方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二
利用公式$R = frac{nd}{t}$计算透镜的曲率半径，其中$R$为 透镜曲率半径，$n$为折射率，$d$为透镜中心厚度，$t$为 透镜外径。
结果的讨论与结论
03
实验结果分析
数据处理与误差分析
数据处理
将实验中测得的数据进行整理，绘制 出牛顿环干涉图样，并标出各环的半 径。
误差分析
对实验中可能产生的误差来源进行分 析，如测量工具精度、环境温度和湿 度变化等。
曲率半径的计算
方法一
根据干涉图样，利用公式$r = frac{klambda}{2pi}sqrt{frac{D}{d}}$计算透镜的曲率半径， 其中$k$为干涉级数，$lambda$为光波长，$D$为干涉图样 的直径，$d$为两玻璃间的缝隙。
步骤四
使用测微器测量透镜 的直径，并记录数据 。
步骤五
根据干涉条纹间距公 式和已知的波长计算 透镜的曲率半径。
数据记录与处理
表格1
记录不同干涉条纹间距的数据 。
表格2
记录透镜直径的测量数据。
计算
根据干涉条纹间距公式和已知 波长计算曲率半径。
误差分析
分析实验过程中可能产生的误 差来源，如测量误差、环境因 素等，并评估其对实验结果的
实验操作复杂
实验操作过程较为复杂， 需要专业人员指导。
实际应用与展望
光学仪器制造
透镜曲率半径的精确测量 对于光学仪器制造具有重 要意义。
科学研究
在光学、物理学等领域， 透镜曲率半径的精确测量 有助于推动相关研究的发 展。
技术创新
随着科技的发展，新的测 量技术和方法将不断涌现 ，有望提高透镜曲率半径 的测量精度和效率。
方ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二
利用公式$R = frac{nd}{t}$计算透镜的曲率半径，其中$R$为 透镜曲率半径，$n$为折射率，$d$为透镜中心厚度，$t$为 透镜外径。
结果的讨论与结论
牛顿环测定平凸透镜曲率半径
牛顿环测定平凸透镜曲率半径周芹090404216 通信2班摘要：了解等厚干涉的原理和实际应用；学习用牛顿环测定平凸透镜曲率半径的方法；掌握读数显微镜的使用方法；学习用逐差方法处理数据。
牛顿环是用分振幅方法产生的干涉，是等厚干涉中典型的干涉现象。
牛顿环的现象是以暗纹为中心，一系列内疏外密的亮暗相间的条纹，根据光程差是半波长的奇数倍或是偶数倍的推导公式计算出评凸透镜的曲率半径。
关键字：等厚干涉，半波损失，奇数倍，偶数倍。
Newton ring determination flat convexcurvature radiusZhouQin090404216 communication 2 classAbstract: to understand the principle of such thick interference and actual application, Learning to use Newton ring determination method of flat convex curvature radius, Master reading microscope use method, Learning to use through "gradual deduction method processing data. Newton ring is produced with points amplitude method of interference, is the typical thickness interference interference phenomenon. Newton ring phenomenon is dark grain as the center, a series of hydrophobic within the dense alternate stripes of light and dark, according to optical path difference is half wavelength of odd number times or even times deduces the formula to calculate the evaluation of convex curvature radius.Key word: thickness interference, half wave loss, an odd number of times, even number of times.引言：本实验采用牛顿环，读数显微镜，钠光灯等实验仪器。
牛顿环测量平凸透镜的曲率半径原理
牛顿环测量平凸透镜的曲率半径原理
牛顿环是指在平凸透镜与平板玻璃之间，当光源照射到上面时，形成的一系列同心圆环。
这些圆环大小不同，间隔也不同，用以测量透镜曲率半径。
测量原理是基于两个光学定律：
1. 薄透镜成像公式：\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}，其中f 为透镜焦距，s 为物距，s' 为像距。
2. 厚透镜折射定律：n_1sin\alpha_1 = n_2sin\alpha_2，其中n_1 和n_2 是两种介质的折射率，\alpha_1 和\alpha_2 分别是光线与透镜两边的入射角和折射角。
利用这两个定律，可以得到一个公式来计算透镜曲率半径：R = \frac{f}{2(n-1)}，其中n 是透镜材料的折射率。
该公式可以通过测量牛顿环的半径r 和光源波长\lambda 得到：R = \frac{r^2 + m\lambda f}{2r\lambda}，其中m 是牛顿环的序数。
通过测量牛顿环的半径和光源波长，就可以计算出透镜曲率半径。
这个方法适用于凸透镜，在实际操作中需要精确控制测量条件，避免外界干扰影响测量结果。
《实验四、牛顿环》PPT课件
Δ (k1) (k0,1,)暗纹
2
R
r
d
r2 R 2 (R d )2 2 d R d 2
Rd d20
r 2dR (Δ)R
r (k1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
精选ppt
4
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
结 明环半径 r (k1)R (k1,2,3, )
论 暗环半径
2
r kR (k0,1,2, )
12
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
☆干涉条纹的移动演示
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动；当倾斜
角改变条
纹形状改变
精选ppt
波动光学
13
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
【实验目的】
波动光学
1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、掌握读数显微镜的调节和使用；
精选ppt
波动光学
18
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
[实验数据处理]：测量10组数据，计算
黄色明亮的视场。 精选ppt
波动光学 4—4
17
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
3、调节显微镜M的目镜， 看到清晰的叉丝，将显微 镜对准牛顿环的中心，上 下移动显微镜镜筒，对干 涉条纹进行调焦。 4、用显微镜测量干涉条纹 的半径。（ m）2 取m110，可 从40环测到20环，先测左 半环，后测右半环，共测 10组数据，依据4－4式计 算R。
k2 , d250 n0 m
精选ppt
9
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
k3, d375 n0 m
h
r d k4 , d410n0m
2
R
r
d
r2 R 2 (R d )2 2 d R d 2
Rd d20
r 2dR (Δ)R
r (k1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
精选ppt
4
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
结 明环半径 r (k1)R (k1,2,3, )
论 暗环半径
2
r kR (k0,1,2, )
12
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
☆干涉条纹的移动演示
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动；当倾斜
角改变条
纹形状改变
精选ppt
波动光学
13
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
【实验目的】
波动光学
1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、掌握读数显微镜的调节和使用；
精选ppt
波动光学
18
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
[实验数据处理]：测量10组数据，计算
黄色明亮的视场。 精选ppt
波动光学 4—4
17
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
3、调节显微镜M的目镜， 看到清晰的叉丝，将显微 镜对准牛顿环的中心，上 下移动显微镜镜筒，对干 涉条纹进行调焦。 4、用显微镜测量干涉条纹 的半径。（ m）2 取m110，可 从40环测到20环，先测左 半环，后测右半环，共测 10组数据，依据4－4式计 算R。
k2 , d250 n0 m
精选ppt
9
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
k3, d375 n0 m
h
r d k4 , d410n0m
牛顿环测平凸透镜曲率半径..41页PPT
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❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的ห้องสมุดไป่ตู้生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
牛顿环测平凸透镜曲率半径..
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
用牛顿环测定透镜的曲率半径21页PPT
用牛顿环测定透镜的曲率半径
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治
牛顿环测平凸透镜曲率半径
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目镜、分划板和短焦距物镜组成
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
L
n n / 2 D
n1
b
劈尖干涉
1）劈尖 d 0
Δ 为暗纹 2
(k 1) （明纹）
d 2 2n
k 2n （暗纹）
2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差
di1di
n
2n 2
b
DL n 2
b
3）条纹间距（明纹或暗纹）
L
n1 n
n n / 2 D
n1
b Dn L L
2n
2b 2nb
b
劈尖干涉
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
R rm2rn2 Dm 2Dn2
(mn) 4(mn)
牛顿环测透镜曲率半径的原理
R dm2 dn2
4(m n)
dA1 dB1
dB2 dA2 测量时不用 rk2 kR 原因：
3
☆ 由传递关系计算R的不确定度。
☆ 用同样的方法计算d的不确定度。
☆ 不确定度有效数字取1-2位。
讨 明环半径 r (k 1)R (k 1 ,2 ,3 , )
显微镜：由目镜、分划板和短焦距物镜组成
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
L
n n / 2 D
n1
b
劈尖干涉
1）劈尖 d 0
Δ 为暗纹 2
(k 1) （明纹）
d 2 2n
k 2n （暗纹）
2）相邻明纹（暗纹）间的厚度差
di1di
n
2n 2
b
DL n 2
b
3）条纹间距（明纹或暗纹）
L
n1 n
n n / 2 D
n1
b Dn L L
2n
2b 2nb
b
劈尖干涉
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
R rm2rn2 Dm 2Dn2
(mn) 4(mn)
牛顿环测透镜曲率半径的原理
R dm2 dn2
4(m n)
dA1 dB1
dB2 dA2 测量时不用 rk2 kR 原因：
3
☆ 由传递关系计算R的不确定度。
☆ 用同样的方法计算d的不确定度。
☆ 不确定度有效数字取1-2位。
讨 明环半径 r (k 1)R (k 1 ,2 ,3 , )
等厚干涉测曲率半径 牛顿环.ppt
•调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上 移动显微镜镜筒（为防止压坏被测顿环直径
取m=25，n=10。选择暗条纹测量，横向改变显微镜 筒位置，按顺序数出暗环的环数，直至30环，然后 反转至25环（这一步很重要），读取d左（25）位置， 继续朝同一方向移动叉丝边移动边读数至第6环d左 （6） ；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差）， 越过中央暗环，按同样方法读取d右（6）至d右（25） ； 列表并求出暗环的直径：D2i+10-D2i，其中i从25到6。
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内 充有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩 气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属 钠被蒸发并放电发出黄色光。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分 别为589.59nm和589.00nm。这两条谱 线很接近，所以可以把它视为单色光源， 并取其平均值589.30nm为波长。
数据处理
• 数据记录（可参照书中表格自行设计表格） • 曲率半径计算 • 不确定度评定
曲率半径计算
Ri Dm2i Dn2i
4(m n)
R 1 k Ri
k i1
不确定度评定
按照书本要求取m-n=10，将数据分成10组， 求出曲率半径R。 • 由传递关系计算R的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
平凸透镜
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。
平凸透镜
平板玻璃
读数显微镜
读数标尺
读数盘
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
操作要点
• 仪器布置 • 观测牛顿环 • 测量直径
仪器布置
观测牛顿环
•光源对准目镜筒上的45°平板玻璃，调节平板 玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。此 时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。
取m=25，n=10。选择暗条纹测量，横向改变显微镜 筒位置，按顺序数出暗环的环数，直至30环，然后 反转至25环（这一步很重要），读取d左（25）位置， 继续朝同一方向移动叉丝边移动边读数至第6环d左 （6） ；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差）， 越过中央暗环，按同样方法读取d右（6）至d右（25） ； 列表并求出暗环的直径：D2i+10-D2i，其中i从25到6。
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内 充有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩 气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属 钠被蒸发并放电发出黄色光。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分 别为589.59nm和589.00nm。这两条谱 线很接近，所以可以把它视为单色光源， 并取其平均值589.30nm为波长。
数据处理
• 数据记录（可参照书中表格自行设计表格） • 曲率半径计算 • 不确定度评定
曲率半径计算
Ri Dm2i Dn2i
4(m n)
R 1 k Ri
k i1
不确定度评定
按照书本要求取m-n=10，将数据分成10组， 求出曲率半径R。 • 由传递关系计算R的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
平凸透镜
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。
平凸透镜
平板玻璃
读数显微镜
读数标尺
读数盘
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
操作要点
• 仪器布置 • 观测牛顿环 • 测量直径
仪器布置
观测牛顿环
•光源对准目镜筒上的45°平板玻璃，调节平板 玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。此 时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。
用牛顿环测透镜的曲率半径讲稿
他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触， 他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照 射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射， 射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈，用单色光照射，则出现 明暗相间的单色圆圈。 明暗相间的单色圆圈。 这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环” 这是由于光的干涉造成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。
15
六、实验数据表格
λ = 589.3 ± 0.3nm ，
环的级别 环的位置 (mm) 环的直径 (mm) 环的级别 环的位置 (mm) 环的直径 (mm) 直径的平方 (mm2)
m − n = 10
25 24 23
∆ m = ∆ n = 0.1
22 21 平均值
m
右 左
Dm
n
右 左
15
14
13
12
m=30级
14
五、注意事项
1. 应等待入射光电源工作几分钟后，处于稳定状态， 应等待入射光电源工作几分钟后，处于稳定状态， 再进行实验。 再进行实验。 2. 为保护实验仪器，聚焦前，应先使物镜接近被测 为保护实验仪器，聚焦前， 然后使镜筒慢慢向上移,直至聚焦 直至聚焦。 物，然后使镜筒慢慢向上移 直至聚焦。 3. 测量读数时，目镜中的十字叉丝的横丝应与读数 测量读数时， 标尺相平行，纵丝应与各暗环相切。 标尺相平行，纵丝应与各暗环相切。 4. 测量读数时，为避免转动部件的螺纹间隙产生的 测量读数时， 空程误差， 空程误差，测微鼓轮只能向一个方向旋转
5
二、实验原理
分析光程差， 考虑半波损失) 分析光程差，取 n=1， (考虑半波损失 ， 考虑半波损失
k λ , k = 1, 2, ⋅ ⋅ ⋅( 加强) λ 2e + = 2 2k + 1) λ , k = 0, 1, 2, ⋅ ⋅ ⋅( 减弱) （ 2
用牛顿环测量透镜的曲率半径PPT.
仪器主机外形尺寸为 1200×600×500毫米，整机净 重为63公斤。
小型棱镜摄谱仪原理图
摄谱仪主要由照明系统、平行光管系统、色散系统和 光谱接收系统构成。
WPL小型棱镜摄谱仪
入射狭缝的宽度调节范围为0～1.5毫米。狭缝的最佳宽度为 0.010～0.025mm，由刻度鼓轮控制，鼓轮格值为0.005mm。
小型棱镜摄谱仪，是以棱镜作为色散系统，观 察或拍摄物质的发射光谱。
二、实验目的
1、了解摄谱仪的结构原理和使用方法， 并观察物质的发射光谱
2、学习小型摄谱仪的定标方法
3、掌握用摄谱仪测量谱线波长的方法
三、实验原理
先用一组已知波长的光谱线作为标准，测出它们的鼓
轮刻度值，作定标曲线 ~ R。
记下待测光谱各条谱线所对应的鼓轮刻度值，对照定 标曲线来确定各谱线的波长。
黄双线
绿
青
579.0/577.0 546.1
491.6
蓝 435.8
汞光谱其它谱线波长测量数据表
紫 407.8Leabharlann 紫 404.7实验数据
色区
红
对应鼓轮读数 ①
对应鼓轮读数 ②
对应鼓轮读数 ③
平均值
λ查（nm）
λ标（nm）
615.8
Er（％）
钠光谱测量数据表
黄
绿
青
589.3
568.5
515.1
蓝 498.1
钠光灯
钠的特征谱线（nm）：
615.8（红） 589.3（黄） 568.5（绿） 515.1（青） 498.1（蓝）
五、实验内容和步骤
•“该工作需1要、丰富熟的生悉产线仪管理经器验，，你在了这方解面还各有所组欠缺成。”部分的作用并检查仪器各可调
小型棱镜摄谱仪原理图
摄谱仪主要由照明系统、平行光管系统、色散系统和 光谱接收系统构成。
WPL小型棱镜摄谱仪
入射狭缝的宽度调节范围为0～1.5毫米。狭缝的最佳宽度为 0.010～0.025mm，由刻度鼓轮控制，鼓轮格值为0.005mm。
小型棱镜摄谱仪，是以棱镜作为色散系统，观 察或拍摄物质的发射光谱。
二、实验目的
1、了解摄谱仪的结构原理和使用方法， 并观察物质的发射光谱
2、学习小型摄谱仪的定标方法
3、掌握用摄谱仪测量谱线波长的方法
三、实验原理
先用一组已知波长的光谱线作为标准，测出它们的鼓
轮刻度值，作定标曲线 ~ R。
记下待测光谱各条谱线所对应的鼓轮刻度值，对照定 标曲线来确定各谱线的波长。
黄双线
绿
青
579.0/577.0 546.1
491.6
蓝 435.8
汞光谱其它谱线波长测量数据表
紫 407.8Leabharlann 紫 404.7实验数据
色区
红
对应鼓轮读数 ①
对应鼓轮读数 ②
对应鼓轮读数 ③
平均值
λ查（nm）
λ标（nm）
615.8
Er（％）
钠光谱测量数据表
黄
绿
青
589.3
568.5
515.1
蓝 498.1
钠光灯
钠的特征谱线（nm）：
615.8（红） 589.3（黄） 568.5（绿） 515.1（青） 498.1（蓝）
五、实验内容和步骤
•“该工作需1要、丰富熟的生悉产线仪管理经器验，，你在了这方解面还各有所组欠缺成。”部分的作用并检查仪器各可调
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牛顿发现的，因而称为“牛顿环”。
ppt课件
13
托马斯·杨是英国物理学家，他是波 动光学的奠基者之一。
他发现利用透明物质薄片同样可以 观察到干涉现象，由此对牛顿环 进行研究，他创建的干涉原理解 释了牛顿环的成因和薄膜的彩色， 并第一个近似地测定了七种颜色 光的波长，从而完全确认了光的 周期性，为光的波动理论找到了 又一个强有力的证据。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
ppt课件
20
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
牛顿环测平凸透镜曲率半径
ppt课件
1
☆ 实验简介
☆ 实验原理
☆ 实验内容
☆ 注意事项
☆ 课后思考
ppt课件
2
实验简介
牛顿环是一种光的等厚干涉现象，是光的波动性的有力 证据之一，牛顿首先发现并对其作了精确地定量测定。可 以说，牛顿已经走到了光的波动说的边缘，但他过分偏爱 微粒说，始终无法正确解释这个现象。直到19世纪初，英 国科学家托马斯⋅杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环 现象。
k 级明纹 rk
2k 1 Rppt课件k 1, 2, 3,
2
e r2 2R
k
23
公式演变
1.压力会使平板玻璃和平凸透镜的接触点变为圆斑（甚至不 规则），导致各暗环的中心不能确定。
2.灰尘会引起附加的光程差，导致各暗环的绝对级次不能确 定。
3.中心为暗斑时，可能会覆盖其附近的几级条纹，因此直接 数级数时，也会数不准，影响实验结果
条纹越靠近中心。
ppt课件
牛顿环干涉图样
16
显微镜T
L S
M半 透半
R 反镜
rd
ppt课件
17
半波损失
波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点 入射与反射波相位相同。
波由波密介质反射，反射点入射波与反射波 的相位差π，光程差为λ/2，由于光疏介质 到光密介质而产生的半波损失。
对光波而言，折射率大的介质反射具有半波 损失。
ppt课件
18
读数显微镜
读数标尺
读数盘
读数显微镜：由显微镜与移动测量装置组成
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目pp镜t课、件 分划板和短焦距物镜组成
19
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2 (m n) 4(m n)
5-2=3
取级数：
实验中采用 m>n
2
7-4=3
ppt课件
24
注：曲率半径与级次无关．只与级次差有关系．
环可以检验光学球面度、表面度、光洁度； ☆ 根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。 ☆ 在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量液体折射率n。 ☆ 可进行光谱分析、研究光谱线的超精细结构以及光学元件的成像质量。 ☆ 利用全息干涉技术还可以无损检测材料的微小应变、内部缺陷等。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2
(m n) 4(m n)
ppt课件
21
牛顿环测透镜曲率半径的原理
R
d
2 m
d
2 n
4(m n)
dA1 dB1
dB2 dA2 测量时不用 rk2 kR 原因：
①透镜凸面与平板玻璃表面间
Dk
并非理想的点接触，难以准确
判断干涉级次k；
Dk+m
②读数显微镜目镜中分划板的
‘十字叉丝’ 不易做到与干涉
Dkn dB1 dB2
条纹严格相切。
Dkm dA1 dA2
从公式看出不需确定环的级数，只需测出环数差
ppt课件(m-将n)不,避易免测级得次量和转中化心为无易法测确量定。
22
☆分析光程差，取n =1(考虑半波损失)
k , k 1, 2, (加强)
ppt课件
11
重点学习内容：
☆ 牛顿环的形成原理。
☆ 利用牛顿环是如何实现测定凸透镜曲 率半径的。
☆ 本实验降低系统误差的方法。
ppt课件
12
牛顿环现象的产生
英国科学家牛顿于1675年在制作天文望远镜时，偶然发现了牛顿环现象。他用 一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗 相间的同心彩色圆环，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。这一干涉现象是
本实验通过牛顿环研究光的干涉现象，测定平凸透镜的 曲率半径，学习测量微小长度，使学生加深对光的等厚干 涉的理解。
ppt课件
3
牛顿环的应用
牛顿环在工业测量中应用广泛，如测量光波波长、测量微小角度或薄膜厚度、 检测光学元件表面加工质量、测量液体、气体折射率等。 ☆ 牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表面间距变化情况。利用牛顿
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4
产品商标
ppt课件
5
能量色散X射线光谱仪
ppt课件
6
成像光谱效果图
ppt课件
7
红外光谱仪
ppt课件
8
傅里叶变换光谱仪
ppt课件
9
手持式光谱仪
ppt课件
10
实验目的
☆ 观察牛顿环干涉条纹的特点，加深 对光的波动性的认识。
☆ 掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率 半径的方法。
☆ 学会使用读数显微镜。
2e
2
（2 k
1) ,
2
k
0, 1, 2, (减弱)
☆目的: 消去e 计算环的半径Ｒ
r 2 R 2 (R e )2 2eR e 2
k 级暗环 rk kR k 0，1, 2, 3,
e 得： (e<<R) 略去 2
实验中采用暗环条件，测量平凸透镜的曲率 半径
ppt课件
14
牛顿环
将一曲率半径相当大的平凸透 镜放在一平面玻璃的上面， 则在两者之间形成一个厚度 随直径变化的空气隙。
空气隙的等厚干涉条纹是一组 明暗相间的同心环。该干涉 条纹最早被牛顿发现，所以 称为牛顿环（Newton -
牛顿环仪
牛顿环
ppt课件
15
牛顿环干涉条纹的特点
☆ 分振幅、等厚干涉； ☆ 明暗相间的同心圆环； ☆ 级次 中心低、边缘高； ☆ 间隔 中心疏、边缘密； ☆ 同级干涉，波长越短,
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托马斯·杨是英国物理学家，他是波 动光学的奠基者之一。
他发现利用透明物质薄片同样可以 观察到干涉现象，由此对牛顿环 进行研究，他创建的干涉原理解 释了牛顿环的成因和薄膜的彩色， 并第一个近似地测定了七种颜色 光的波长，从而完全确认了光的 周期性，为光的波动理论找到了 又一个强有力的证据。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
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20
实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
牛顿环测平凸透镜曲率半径
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☆ 实验简介
☆ 实验原理
☆ 实验内容
☆ 注意事项
☆ 课后思考
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实验简介
牛顿环是一种光的等厚干涉现象，是光的波动性的有力 证据之一，牛顿首先发现并对其作了精确地定量测定。可 以说，牛顿已经走到了光的波动说的边缘，但他过分偏爱 微粒说，始终无法正确解释这个现象。直到19世纪初，英 国科学家托马斯⋅杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环 现象。
k 级明纹 rk
2k 1 Rppt课件k 1, 2, 3,
2
e r2 2R
k
23
公式演变
1.压力会使平板玻璃和平凸透镜的接触点变为圆斑（甚至不 规则），导致各暗环的中心不能确定。
2.灰尘会引起附加的光程差，导致各暗环的绝对级次不能确 定。
3.中心为暗斑时，可能会覆盖其附近的几级条纹，因此直接 数级数时，也会数不准，影响实验结果
条纹越靠近中心。
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牛顿环干涉图样
16
显微镜T
L S
M半 透半
R 反镜
rd
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17
半波损失
波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点 入射与反射波相位相同。
波由波密介质反射，反射点入射波与反射波 的相位差π，光程差为λ/2，由于光疏介质 到光密介质而产生的半波损失。
对光波而言，折射率大的介质反射具有半波 损失。
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18
读数显微镜
读数标尺
读数盘
读数显微镜：由显微镜与移动测量装置组成
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目pp镜t课、件 分划板和短焦距物镜组成
19
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2 (m n) 4(m n)
5-2=3
取级数：
实验中采用 m>n
2
7-4=3
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24
注：曲率半径与级次无关．只与级次差有关系．
环可以检验光学球面度、表面度、光洁度； ☆ 根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。 ☆ 在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量液体折射率n。 ☆ 可进行光谱分析、研究光谱线的超精细结构以及光学元件的成像质量。 ☆ 利用全息干涉技术还可以无损检测材料的微小应变、内部缺陷等。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2
(m n) 4(m n)
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21
牛顿环测透镜曲率半径的原理
R
d
2 m
d
2 n
4(m n)
dA1 dB1
dB2 dA2 测量时不用 rk2 kR 原因：
①透镜凸面与平板玻璃表面间
Dk
并非理想的点接触，难以准确
判断干涉级次k；
Dk+m
②读数显微镜目镜中分划板的
‘十字叉丝’ 不易做到与干涉
Dkn dB1 dB2
条纹严格相切。
Dkm dA1 dA2
从公式看出不需确定环的级数，只需测出环数差
ppt课件(m-将n)不,避易免测级得次量和转中化心为无易法测确量定。
22
☆分析光程差，取n =1(考虑半波损失)
k , k 1, 2, (加强)
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重点学习内容：
☆ 牛顿环的形成原理。
☆ 利用牛顿环是如何实现测定凸透镜曲 率半径的。
☆ 本实验降低系统误差的方法。
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12
牛顿环现象的产生
英国科学家牛顿于1675年在制作天文望远镜时，偶然发现了牛顿环现象。他用 一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗 相间的同心彩色圆环，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。这一干涉现象是
本实验通过牛顿环研究光的干涉现象，测定平凸透镜的 曲率半径，学习测量微小长度，使学生加深对光的等厚干 涉的理解。
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3
牛顿环的应用
牛顿环在工业测量中应用广泛，如测量光波波长、测量微小角度或薄膜厚度、 检测光学元件表面加工质量、测量液体、气体折射率等。 ☆ 牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表面间距变化情况。利用牛顿
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产品商标
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5
能量色散X射线光谱仪
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成像光谱效果图
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7
红外光谱仪
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8
傅里叶变换光谱仪
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手持式光谱仪
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10
实验目的
☆ 观察牛顿环干涉条纹的特点，加深 对光的波动性的认识。
☆ 掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率 半径的方法。
☆ 学会使用读数显微镜。
2e
2
（2 k
1) ,
2
k
0, 1, 2, (减弱)
☆目的: 消去e 计算环的半径Ｒ
r 2 R 2 (R e )2 2eR e 2
k 级暗环 rk kR k 0，1, 2, 3,
e 得： (e<<R) 略去 2
实验中采用暗环条件，测量平凸透镜的曲率 半径
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牛顿环
将一曲率半径相当大的平凸透 镜放在一平面玻璃的上面， 则在两者之间形成一个厚度 随直径变化的空气隙。
空气隙的等厚干涉条纹是一组 明暗相间的同心环。该干涉 条纹最早被牛顿发现，所以 称为牛顿环（Newton -
牛顿环仪
牛顿环
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15
牛顿环干涉条纹的特点
☆ 分振幅、等厚干涉； ☆ 明暗相间的同心圆环； ☆ 级次 中心低、边缘高； ☆ 间隔 中心疏、边缘密； ☆ 同级干涉，波长越短,