测量牛顿环数据处理模板
牛顿环实验数据处理方法
=
n
x
2 i
-
i= 1
关联系数为:
n
x iyi
i= 1
n
n
x
2 i
i= 1
= 2 062( mm2)
n
n
n
x iy i
x iyi -
i= 1
i= 1
n
=
n
n
n
x
2 i
y
2 i
x
2 i
-
i= 1
i= 1
n
y
2 i
-
i= 1
i= 1
n
= 0 9999
应用式( 2) 可得:
R= 4 = 4
2 58 9
用读数显微镜测量的数据
D
2 n
/
m
m
2
m
D左/ mm
16 386
11
19 350
18 378
12
19 268
20 494
13
19 190
22 572
14
19 111
24 651
15
19 029
26 615
16
18 958
28 708
17
18 888
30 803
18
18 808
32 959
19
18 740
34 928
20
18 671
D 右/ mm 25 441 25 518 25 600 25 691 25 762 25 835 25 907 25 982 26 049 26 121
D
2 m
/
mm2
37 100
牛顿环的测定实验报告
牛顿环的测定实验报告一、实验目的
1.测定牛顿环半径的大小。
2.验证良好的光学元素能够产生牛顿环的原理。
3.检测实验仪器的精度和磨损情况。
二、实验仪器
1.高精度匀厚度玻璃板
2.激光器或白光源
3.平顶透镜
4.显微镜
5.调焦架
6.标尺
三、实验步骤
1.将高精度匀厚度玻璃板平放在一张白纸上，用调焦架将平顶透镜的平面紧贴玻璃板表面，激光或白光源照射到平顶透镜上，使光从透镜中心垂直入射。
2.将显微镜调整到合适位置，并调节显微镜的焦距，使得能够观察到牛顿环的形状。
3.用标尺测定各个同心环的半径。
四、实验结果
根据实验测得的数据得到牛顿环半径大小如下表所示：
同心环数1 2 3 4 5 6
半径（mm）0.22 0.44 0.65 0.87 1.07 1.29
五、实验分析
1.实验结果表明牛顿环的半径随着同心环数的增加而增加。
2.牛顿环半径的大小与透明介质的折射率有关，该实验测量得到的结果可以用于计算透明介质的折射率。
六、实验结论
根据实验测得的结果，牛顿环半径随着同心环数的增加而增加，该实验结果可用于计算透明介质的折射率。
用牛顿环测量透镜的曲率半径（附数据处理）
⽤⽜顿环测量透镜的曲率半径（附数据处理）007⼤学实验报告评分：课程：学期：指导⽼师：007年级专业：学号：姓名：习惯⼀个⼈007实验3-11 ⽤⽜顿环测量透镜的曲率半径⼀. 实验⽬的1．进⼀步熟悉移测显微镜使⽤，观察⽜顿环的条纹特征。
2．利⽤等厚⼲涉测量平凸透镜曲率半径。
3. 学习⽤逐差法处理实验数据的⽅法。
⼆．实验仪器⽜顿环仪，移测显微镜，低压钠灯三．实验原理⽜顿环装置是由⼀块曲率半径较⼤的平凸玻璃透镜，以其凸⾯放在⼀块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图1所⽰。
平凸透镜的凸⾯与玻璃平板之间的空⽓层厚度从中⼼到边缘逐渐增加，若以平⾏单⾊光垂直照射到⽜顿环上，则经空⽓层上、下表⾯反射的⼆光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸⾯相遇后，将发⽣⼲涉。
从透镜上看到的⼲涉花样是以玻璃接触点为中⼼的⼀系列明暗相间的圆环（如图２所⽰），称为⽜顿环。
由于同⼀⼲涉环上各处的空⽓层厚度是相同的，因此它属于等厚⼲涉。
由图１可见，如设透镜的曲率半径为Ｒ，与接触点Ｏ相距为ｒ处空⽓层的厚度为ｄ，其⼏何关系式为：由于Ｒ>>ｄ，可以略去d2得（3-11-1）光线应是垂直⼊射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从⽽带来 /2的附加程差，所以总程差为产⽣暗环的条件是：其中ｋ＝0，1，2，3，...为⼲涉暗条纹的级数。
综合(23-1)、(23-2)和(23-3)式可得第ｋ级暗环的半径为：（3-11-2）由(4)式可知，如果单⾊光源的波长已知，测出第ｍ级的暗环半径ｒm ，即可得出平凸透镜的曲率半径Ｒ；反之，如果Ｒ已知，测出ｒm 后，就可计算出⼊射单⾊光波的波长。
但是⽤此测量关系式往往误差很⼤，原因在于凸⾯和平⾯不可能是理想的点接触；接触压⼒会引起局部形变，使接触处成为⼀个圆形平⾯，⼲涉环中⼼为⼀暗斑。
或者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，均⽆法确定环的⼏何中⼼。
实际测量时，我们可以通过测量距中⼼较远的两个暗环的半径ｒm 和ｒn 的平⽅差来计算曲率半径Ｒ。
牛顿环实验数据处理及实验方法
牛顿环实验数据处理及实验方法
牛顿环实验是一种测量构成物质的光学性质的方法。
该实验基于用一平凸透镜将单色光束射入玻璃平板上，在透镜和平板之间形成的接触区域会出现一系列同心圆的暗纹或明纹，这些纹路称为牛顿环。
下面是该实验的数据处理及实验方法：
数据处理:
1.使用显微镜对牛顿环进行目测测量，记录暗纹和明纹的直径。
2.根据暗纹和明纹的直径，可以推算出该光源所对应的波长。
3.利用公式计算出玻璃平板的厚度。
实验方法：
1.准备实验器材：单色光源，平凸透镜，玻璃平板，显微镜等。
2.将单色光源通过凸透镜投射到玻璃平板上。
3.使用显微镜观察光源与玻璃平板之间形成的牛顿环。
4.用显微镜测量牛顿环的暗纹和明纹直径。
5.计算出该光源所对应的波长和玻璃平板的厚度。
用牛顿环测量透镜的曲率半径（附数据处理）
⽤⽜顿环测量透镜的曲率半径（附数据处理）007⼤学实验报告评分：课程：学期：指导⽼师：007年级专业：学号：姓名：习惯⼀个⼈007实验3-11 ⽤⽜顿环测量透镜的曲率半径⼀. 实验⽬的1．进⼀步熟悉移测显微镜使⽤，观察⽜顿环的条纹特征。
2．利⽤等厚⼲涉测量平凸透镜曲率半径。
3. 学习⽤逐差法处理实验数据的⽅法。
⼆．实验仪器⽜顿环仪，移测显微镜，低压钠灯三．实验原理⽜顿环装置是由⼀块曲率半径较⼤的平凸玻璃透镜，以其凸⾯放在⼀块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图1所⽰。
平凸透镜的凸⾯与玻璃平板之间的空⽓层厚度从中⼼到边缘逐渐增加，若以平⾏单⾊光垂直照射到⽜顿环上，则经空⽓层上、下表⾯反射的⼆光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸⾯相遇后，将发⽣⼲涉。
从透镜上看到的⼲涉花样是以玻璃接触点为中⼼的⼀系列明暗相间的圆环（如图２所⽰），称为⽜顿环。
由于同⼀⼲涉环上各处的空⽓层厚度是相同的，因此它属于等厚⼲涉。
由图１可见，如设透镜的曲率半径为Ｒ，与接触点Ｏ相距为ｒ处空⽓层的厚度为ｄ，其⼏何关系式为：由于Ｒ>>ｄ，可以略去d2得（3-11-1）光线应是垂直⼊射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从⽽带来 /2的附加程差，所以总程差为产⽣暗环的条件是：其中ｋ＝0，1，2，3，...为⼲涉暗条纹的级数。
综合(23-1)、(23-2)和(23-3)式可得第ｋ级暗环的半径为：（3-11-2）由(4)式可知，如果单⾊光源的波长已知，测出第ｍ级的暗环半径ｒm ，即可得出平凸透镜的曲率半径Ｒ；反之，如果Ｒ已知，测出ｒm 后，就可计算出⼊射单⾊光波的波长。
但是⽤此测量关系式往往误差很⼤，原因在于凸⾯和平⾯不可能是理想的点接触；接触压⼒会引起局部形变，使接触处成为⼀个圆形平⾯，⼲涉环中⼼为⼀暗斑。
或者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，均⽆法确定环的⼏何中⼼。
实际测量时，我们可以通过测量距中⼼较远的两个暗环的半径ｒm 和ｒn 的平⽅差来计算曲率半径Ｒ。
大学物理实验报告-牛顿环参考模板
实验报告用CCD成像系统观测牛顿环【实验目的】1.在进一步熟悉光路调整的基础上，用透射镜观察等厚干涉现象----牛顿环；2.学习利用干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。
【实验原理】.::实验预习::.图1 透射式牛顿环原理图来源上海交通大学物理实验中心牛顿环仪是由一块曲率半径较大的平凸透镜放在光学平玻璃上构成，平玻璃表面与凸透镜球面之间形成一楔形的空气间隙．当用平行光照射牛顿环仪时，在球面与平玻璃接触点周围就形成了同心圆干涉环———牛顿环．我们可以用透射光来观察这些干涉环，由于空气隙的边界表面是弯曲的，干涉环之间的间距是不等的．在图2 中，一束光L 从左面照在距离为d 的空气楔处．部分光T1 在气楔的左面边界反射回去．部分光T2通过气楔．在气楔的右面边界有部分光T3 反射回来，由于此处是从折射率大的平玻璃面反射，所以包含一个相位变化．部分光T4 先从气楔右边界反射回来，然后又从气楔的左面边界反射回来，每一次反射均有一个相位变化（即半波损失）．图2 表示两束光T2 和T4 形成透射干涉的原理．T2 和T4 的光程差Δ为（1）形成亮纹的条件：（n = 1，2，3，……表示干涉条纹的级数），即（2）当二块玻璃相接触时d = 0，中心形成亮纹．对于由平凸透镜和平玻璃所形成的气楔，气楔的厚度取决于离平凸透镜与平玻璃接触点的距离．换言之，取决于凸透镜的弯曲半径．图3 说明了这样的关系．（3）对于小的厚度d，干涉环即牛顿环的半径可以用下式来计算n = 1，2，3 (4)当平凸透镜与平玻璃的接触点受到轻压时，我们必须相应修正公式（3），近似公式为（5）对于亮环r n 的关系如下r n2=(n−1)∙R∙λ+2Rd0 n = 2，3，4 (6)图2 光通过空气楔干涉的图介绍来源上海交通大学物理实验中心【实验数据记录、实验结果计算】1.定标狭缝板的测量L= 3.918 mmL/x = (8.884± 0.020)×10−3mm= 8.884 ×(1± 0.22%)×10−3mm2.牛顿环的半径测量nLinear Regression for Data1_B:Y = A + B * XParameter Value Error------------------------------------------------------------A 0.53389 0.01234B 0.50532 0.00138------------------------------------------------------------ R SD N P------------------------------------------------------------ 0.99997 0.01249 10 <0.0001------------------------------------------------------------ 由Origin 测得：斜率B=0.50532 mm2截距A=0.53389 mm2相关系数R=0.99997分析：整体可以看出实验得到的直线拟合度很高；代入公式：Rλ=B (λ=589.3nm)2Rd0=A可得到透镜的曲率半径R=857.5mmd0=3.113×10−4mm【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1.首先做一点声明，实验实验本来安排的步骤是先测量牛顿环的半径在测量定标狭缝，但是如果观察以下表格的数据情况就可以知道：半径表格需要用到定标的结果，所以在此将定标表格放在牛顿环半径表格之前进行分析。
等厚干涉牛顿环实验报告数据处理
等厚干涉牛顿环实验报告数据处理牛顿环实验是一种常用的光学实验，用于测量透明薄片的厚度。
实验中，通过观察牛顿环的干涉现象，可以得到薄片的厚度和光的波长之间的关系。
本报告将详细介绍牛顿环实验的原理、实验装置、数据处理方法以及实验结果的分析。
一、实验原理牛顿环是由光的干涉现象产生的一组同心圆环。
在牛顿环实验中，使用一个透明薄片覆盖在平板玻璃上，然后将平板玻璃和一反射银镜组合在一起形成一个实验装置。
通过在实验装置上放置一个小透镜，并使用一照明光源，可以观察到牛顿环的干涉现象。
当平板玻璃和透明薄片之间存在一个等厚空气膜时，照明光源通过透镜射到平板玻璃上，一部分光将从透明薄片的顶部反射出来，经过透镜后进入观察者的眼睛。
另一部分光将进入透明薄片内部，经过多次反射和折射，最终也进入观察者的眼睛。
根据干涉理论，当透明薄片的厚度不同时，反射出来的光和穿过透明薄片的光之间会形成干涉条纹。
而牛顿环实验中观察到的干涉条纹的图案，正是由这种干涉现象形成的。
二、实验装置1.平板玻璃：一块平整透明的平板玻璃，用作实验基座。
2.透明薄片：一块薄而透明的样品，放置在平板玻璃上。
3.反射镜：一块光洁的反射银镜，与平板玻璃倒插在一起。
4.透镜：一块小透镜，用于观察牛顿环的干涉现象。
5.照明装置：一光源，用于照明整个实验装置。
6.目镜：用于观察牛顿环的干涉现象。
三、数据处理方法在进行牛顿环实验时，可以通过调节透镜与样品间的距离，使得干涉条纹清晰可见。
实验过程中，需要记录透镜与样品间的距离以及对应的干涉条纹的序号。
通过对多组数据的处理，可以得到透镜与样品间的距离与干涉条纹的序号之间的关系。
进一步，可以利用该关系推导出薄片的厚度与光的波长之间的关系，该关系由公式d=(k-1)λ/2n推导而来，其中d为薄片厚度，λ为光的波长，n为介质的折射率。
四、实验结果与分析根据实验记录的数据，可以绘制透镜与样品间的距离与干涉条纹的序号之间的关系曲线。
通过对这些数据的拟合，可以得到一条直线，进而可以通过直线的截距和斜率计算出薄片的厚度和光的波长之间的关系。
大学物理实验牛顿环实验报告(含数据)
2 2
R = R ± 2uc ( R ) = 149.4 ± 1.2 mm H = H 测 ± 3uc ( H ) = 0.437 ± 0.003 mm
n = n ± 2u c (n) = 1.16 ± 0.02
http://210.41.245.158/jc/symb/1/200505282054.htm
2 2 Dm − Dn
Dm
mm
2、劈尖干涉测纸片厚度
mm
Dn
mm
M 0 = 12.669 mm M 20 = 16.572 mm l= M 10 − M 20 = 0.1912 10 mm
M 10 = 14.660 mm M S = 41.30 mm
L = M S − M 0 = 28.631 mm H = 0.437 mm
当平行单色光垂直入射时在空气劈尖上下表面所引起的反射光线为相干光在劈尖厚度为处e光线光程差暗纹条件为实验课程物理实验实验名称光的干涉实验人实验时间任何两个相邻的暗条纹所对应的空气膜厚度之差
西南石油学院实验报告 西南石油学院实验报告 实验课程 实验人
一、实验目的 1.观察牛顿环和劈尖产生的干涉现象条纹特征； 2.学习用光的干涉做微小长度的测量； 3.通过实验掌握移测显微镜的使用方法。 二、实验内容 1.利用牛顿环干涉测量平凸透镜的曲率半径； 2.利用劈尖干涉测量纸片的厚度。 三、实验原理 1、牛顿环
H=N
四、实验仪器 钠光灯 GP20Na-B 移测显微镜 JXD-B 牛顿环仪,劈尖。 五、实验步骤
λ Lλ = 2 l 2
分度 值0.01mm
1、观测牛顿环干涉条纹 ：首先 通过 肉眼 观察， 调节 牛顿环上的 旋钮，将 牛顿调至居中，然后 放 置 在 移测显微镜载物台上合适位置。使显微镜位于 标尺中部附近（约 25mm 处）。 2、调节 显微镜 目 镜 看清叉丝，并 使其一条 线 与标尺平行， 调节 45 ° 玻璃片，使 目 镜 中出 现 明亮、均 匀的视场。调节调 焦鼓抡，使显微镜自下而上 缓缓上升，看到 干涉条纹，移 动牛顿环仪找到干涉环中心位 置，对准测量环次仔细调焦，以消视差为准。 3、测量： 移 动移测显微镜 从中心位置 向外数 45 圈，再回到 第40 圈开始记数（消除回 程差）， 记录 第 40-30 圈、第 20-10 圈、反向 第10-20 圈、反向 第30-40 圈干涉条纹的绝对位置。（注意 移测显微镜一直向同 一个方向移 动，不能回转。） 4、观测劈尖干涉条纹（两种方法）： 1）将 劈尖 搭好 后 放至 移测显微镜 下合 适 位置，测量条纹 初始 暗 纹 坐标，第 10 条暗 纹 坐 标，第 20 条 暗 纹坐标以及最后一条暗纹坐标。利用公式进行计算。 2）或 者 从两 玻璃片的交线处开始，至 待测 物体 边缘，数出暗 纹条数 ，条纹 数 × λ / 2 就是 待 测 物体 厚 度。
牛顿环测透镜曲率半径数据处理方法的分析
牛顿环测透镜曲率半径数据处理方法的分析作者：李晓莉来源：《现代电子技术》2010年第08期摘要:详细介绍用逐差法、线性回归法、加权平均法处理牛顿环测透镜曲率半径数据的方法和过程。
比较三种实验数据处理方法的优缺点,其中加权平均法既考虑了如何克服实验的系统误差,又能按照处理原则去对待非等精度测量,且建立在数理统计理论基础上。
该方法主要是比较相应的权,进而求出加权平均值,利用Matlab软件进行处理,得出加权平均法为牛顿环实验数据处理的最佳方法。
关键词:牛顿环; 逐差法; 线性回归法; 加权平均法中图分类号文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)08-0141-04Analysis of Data Processing in Lens Curvature Radius Measured by Newton′s RingLI Xiao-li(School of Science, Xi’an Shiyou University, Xi’a n 710065, China)Abstract: The methods and procedures of using interative differential method, linear recursive analysis, and weighted average method to process the data of lens curvature of Newton′s Rings are introduced in detail, three experimental dada processing methods are compared. The weighted average method can overcome the experimental systematic distortions, and make a nonprecision measurement according to processing priuciple, and build on the basis of mathematical statistical theory. This method mainly compared the corresponding rights, and then found out the weighted average, used Matlab software processing. It is proved that the weighted average method is optimal for this experiment by theoretic analysis.Keywords: Newton′s ri ngs; interative differential method; linear recursive analysis; weighted average method0 引言“牛顿环”是牛顿在1675年制作天文望远镜时,偶然把一个望远镜的物镜放在平板玻璃上发现的。
等厚干涉牛顿环实验报告数据处理
等厚干涉牛顿环实验报告数据处理等厚干涉牛顿环实验报告数据处理1. 引言等厚干涉牛顿环实验是光学实验中常见的一种实验方法，通过观察光的干涉现象来研究光的性质。
在这个实验中，我们通过使用等倾干涉仪，观察到一系列的干涉圆环。
本报告将详细介绍数据处理过程以及从实验中得出的结论。
2. 实验方法2.1 准备工作在进行实验之前，我们需要准备一台等倾干涉仪以及一台显微镜。
我们将干涉仪放置在实验台上，并确保其调节好水平。
此外，我们也需要一盒含有波长为546nm的绿光滤光片。
2.2 实验步骤(1) 调节光源: 首先，我们会使用黑白干涉仪，调节光源，使其尽可能的亮。
确保光线的入射角为45度。
(2) 安装滤光片: 在干涉仪的透镜后面插入绿光滤光片。
(3) 调节显微镜: 使用显微镜，将其中一眼调节到最清晰的焦平面。
(4) 观察干涉图像: 通过调节显微镜的焦距，观察到一系列的圆环。
我们将拍摄每一个圆环的直径，并记录其观察到的次数。
3. 数据处理3.1 数据记录我们使用尺子或显微镜目镜的刻度标定每个圆环的直径。
然后，我们将直径与观察到的次数一一对应，以便后续的数据处理。
3.2 数据处理方法根据物体与目镜之间的距离关系，可以得到测得的圆环直径d与真实圆环半径R的关系式：d = 2Rtanθ其中，θ为物体与目镜的角度。
为了使数据处理更加准确，我们需要对θ进行校正。
我们可以使用标准样品来进行校准。
首先，我们选择一个知名的样品，比如一根细丝，或者一个精确制作的薄片，用它替换我们的样品。
通过测量标准样品的圆环直径，并对比已知的半径，我们可以得到校准因子K。
经过校准，我们就可以得到实际的圆环半径R。
接下来，我们可以根据实际圆环半径R和观察到的次数n，来计算每个圆环的空间角度Δθ和角度差Δθ的平方。
4. 结论通过实验数据处理，我们得到了一系列的角度差Δθ的平方。
根据等厚干涉牛顿环实验原理，我们可以使用这些数据来研究光的干涉现象以及光的性质。
测牛顿环实验报告
1. 观察和分析牛顿环的等厚干涉现象；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 熟悉读数显微镜的使用方法，并掌握逐差法处理数据。
二、实验原理牛顿环实验是利用光的干涉现象来研究等厚干涉现象的典型实验。
实验装置通常由一个平面玻璃板和一个曲率半径较大的凸透镜组成。
当单色光垂直照射到两个表面之间形成的劈尖状空气薄层时，反射光束在上表面相遇，产生干涉现象。
由于空气膜厚度相同的地方形成相同的干涉条纹，因此这种干涉称为等厚干涉。
根据波动理论，设形成牛顿环处空气薄层厚度为d，两束相干光的光程差为：Δ = 2dλ/2k其中，λ为入射光的波长，k为干涉级数。
当k为整数时，形成明环；当k为奇数时，形成暗环。
通过测量牛顿环的半径，可以计算出透镜的曲率半径。
根据几何关系，可以得到以下公式：R = (R0 - d) / (1 - d/R0)其中，R为透镜的曲率半径，R0为透镜的曲率半径，d为牛顿环的半径。
三、实验仪器1. 牛顿环仪2. 读数显微镜3. 钠光灯4. 平面玻璃板5. 凸透镜6. 移动平台7. 测量工具（刻度尺、游标卡尺等）1. 将牛顿环仪放置在实验台上，调整好光源和读数显微镜的位置；2. 使用钠光灯作为光源，调整显微镜视场，使亮度适中；3. 将平面玻璃板和凸透镜放置在牛顿环仪上，调整显微镜的焦距，使干涉条纹清晰；4. 记录显微镜的初始位置和干涉条纹的级数；5. 转动移动平台，移动凸透镜，使干涉条纹移动到显微镜的视场中心；6. 读取显微镜的读数，记录下干涉条纹的半径；7. 重复步骤5和6，测量多个干涉条纹的半径；8. 使用逐差法处理数据，计算透镜的曲率半径。
五、实验结果与分析根据实验数据，使用逐差法处理数据，计算得到透镜的曲率半径为R = ...（数值）。
分析实验结果，可以得到以下结论：1. 牛顿环实验可以有效地观察和分析等厚干涉现象；2. 通过测量牛顿环的半径，可以准确测量透镜的曲率半径；3. 实验过程中，需要掌握读数显微镜的使用方法，并注意数据处理的准确性。
【word】对牛顿环实验的数据处理及不确定度评定
【word】对牛顿环实验的数据处理及不确定度评定对牛顿环实验的数据处理及不确定度评定第33卷第2期延边大学(自然科学版)2007年6月JournalofYanbianUniversity(NaturalScience)Vo1.33No.2June2007文章编号:1004—4353(2007)02—0105—04对牛顿环实验的数据处理及不确定度评定金逢锡,索建彪(延边大学理学院物理系,吉林延吉133002)摘要:介绍了在牛顿环实验的数据处理过程中,对等精度和不等精度的测量进行不确定度的计算方法.通过等精度测量的数据处理及不确定度的评定后,加权取平均法即可以解决非线性的不等精度的数据处理问题及进行不确定度的评定.关键词:等精度;不确定度;牛顿环;不等精度;干涉条纹中图分类号:04—33文献标识码:A牛顿环实验测量球面曲率半径是普通物理实验中最常见的实验之一.在实验中,人们讨论了多种数据处理的方法,如逐差法,最小二乘法,等精度测量的数据处理法,加权取平均法等等.除此之外,通过等精度测量的数据处理及不确定度的评定后加权取平均法亦是一种切实可行的数据处理方法.以下我们用此方法讨论牛顿环实验的数据处理及不确定度的评定.1实验原理牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜,以其凸面放在一块光学玻璃平板(平晶)上构成的,如图1所示.平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加,若以平行单色光垂直照射到牛顿环上,则经空气层上,下表面反射的两光束存在光程差,它们在平凸透镜的凸面相遇后,将发生干涉.从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环(如图2所示),称为牛顿环llj.牛顿环第级暗环的半}\}llilj尺tl\\\<,r///,….1一d‘…_f图1牛顿环装置图2牛顿环径为厂2=R,可知,如果单色光源的波长已知,测出第级的暗环半径厂,即可得出平凸透镜的曲率半径R;反之,如果R已知,测出r后,就可计算出入射单色光波的波长.但是用此测量关系式往往误差很大,原因在于凸面和平面不可能是理想的点接触,接触压力会引起局部形变,使接触处成为一个圆形平面,干涉环中心为一暗斑,或者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,这些均无法确定环的几何中心.实际收稿日期:2006—10—17作者简介:金逢锡(1963一),男(朝鲜族),吉林延吉人,副教授,研究方向为光信息106延边大学(自然科学版)第33卷测量时,我们可以通过测量距中心较远的两个暗环的半径r和的平方差来计算曲率半径R.因为r2=mR2,r2=nR2,两式相减可得r一r2=R(m一),所以R=或R=.由上式可知,只要测出.与.(分别为第与第条暗环的直径)的值,就能算出R或.2等精度的测量及数据处理测量干涉条纹的暗环直径采取等精度的测量,即测第k环和k+m环的直径,要求k取16,17,18,19,20,m取1O.在测这1O个环的直径时,至少要重复测量5次以上,测量数据见表1.所测数据分别代入公式:,:1,2,3,4,5,可分别算出5组等精度测量的透镜的平均曲率半径,计算结果见表2.表1各牛顿环直径的原始测量数据mm次数m+k左右D+k左右DkD…一D2130.29.10021.0178.0832028.40021.7086.69220.52223029.10121.0128.0892028.40321.7116.69220.64933029.10221.0158.0872028.40221.7126.69020.64343029.10221.0148.0892028.40221.7156.68720.71653029.10321.0198.0812028.40121.7136.68820.57312929.03821.0757.9631928.31721.7886.52920.78222929.03721.0807.9571928.31821.7916.52720.71232929.04021.0777.9631928.31321.7896.52420.84742929.04221.0817.9611928.32121.7856.53620.65852929.03921.0827.9571928.32021.7926.52820.69912828.97221.1407.8321828.23821.8646.37420.71222828.97921.1377.8421828.24221.8696.37320.88232828.97821.1467.8321828.23921.8736.36620.814.42828.97921.1527.8271828.24121.8716.37020.68552828.97021.1477.8291828.24021.8736.36720.75512728.90821.2127.6961728.15321.9506.20320.75122728.90921.2157.6941728.15121.9596.19220.85732728.91021.2177.6921728.16121.9566.20320.69042728.97221.2187.6951728.16221.9596.20220.74852728.90621.2197.6871728.15921.9616.20120.63812628.84121.2787.5631628.06122.0396.02220.93422628.83721.2797.5581628.06922.0426.02720.79932628.84221.2807.5621628.07222.0436.02920.83542628.84521.2857.5601628.07322.0496.02420.86552628.83921.2847.5551628.07222.0466.02620.7653等精度测量的不确定度的评定3.1标准A类不确定度的评定第2期金逢锡,等:对牛顿环实验的数据处理及不确定度评定107根据被测量的平均值的标准偏差,可得所测每一干涉暗环的A类标准不确定度的评定:S(D)=或S(D+)=A(D)=t0.683S(D)或A(D+)=t0.683S(D+).t0.683为与测量的次数有关的比例系数[](当7z=5时,t0.683=1.114),计算结果见表3.3.2标准B类不确定度的评定一般情况下,物理实验中的B类不确定度采用均匀分布,即B=?/?3,?为移测显微镜的极限误差,由此可得本实验所测的每一环直径的B类不确定度:B(D16):B(D17):…:B(D3.):会::0.00289mm.’?jj3.3合成标准不确定度根据所估算出的A类和B类标准的不确定度,可合成所测每一干涉条纹直径的标准不确定度:c(D):?(D)+(D)或c(D+)=?(D+)+?(D+),计算结果见表3.由于各干涉条纹直径是相互独立的,所以可分别得到各组平均曲率半径的不确定度c(R1)=R1『2D16,,].『2D26,r,,].『尘1:In,一n,Ckg16I十In,一n,”c\L126I【.J(R2/I2D,7]2+[D27)]+其中DD+卅,D+一D;均采用平均值.此时所测5组透镜的平均曲率半径可分别表示为1?ttC(1),…,一R5?ttC(5),P=0.683,它们分别为等精度测量的结果,数据记录见表2所示.表2各个环的半径及不确定度的计算结果mm表3各个环的直径及不确定度的计算结果mm108延边大学(自然科学版)第33卷4,非等精度测量的数据处理及不确定度的评定从牛顿环实验的干涉条纹第k级暗环半径公式=?kRA可知,除零级暗环外,各环的直径D的关系为D】:D2:D3_..?=1:?2:?3_..?.随着干涉条纹级数k的增大,干涉条纹变密,因此该测量是非线性的不等精度测量,直接用逐差法处理数据解决不了不等精度测量问题,也就不能进行不确定度的评定l2J.若通过等精度测量的数据处理及不确定度的评定后加权取平均法,即可以解决非线性的不等精度测量数据处理及进行不确定度的评定.由于R1,R2,R3,R4,R5为非等精度测量的结果,假设其权分别为P1,P2,P3,P4,P5且一R与P成反比[,则有P=,其中i=1,2,…,5,N为比例常数,所测透镜的平均曲U-cL55厂了———?_率半径__P?i=1880?086mm,不确定度)_1/?志316mm,测量结果为R?Uc(R)=880.086?1.316mm(P=0.683),若用Uc表示扩展不确定度,则Uc=kuc(R)=2.632mm(k=2时,P=0.95)l5J.5结束语采用此方法处理数据及进行不确定度的评定,解决了非线性的不等精度测量问题,所以它更具合理性和适用性,它既可适用于牛顿环测量透镜的曲率半径的实验,也可适用于牛顿环测液体折射率的实验,但目前用此方法处理数据的缺点是测量数据多且计算比较繁琐.如果能利用计算软件,将实验数据处理得到简化,那么就会节省整个实验时间,提高工作效率.参考文献:[1]任隆良,谷晋骐.物理实验[M].天津:天津大学出版社,2003:3-6.[2]虞仲博,屠全良.牛顿环实验等精度测量及其不确定度的评定与表示[J].物理实验,2000,20(5):17.19[3]刘才明大学物理实验中测量不确定度的评定与表示[J].大学物理,1997,16(8):21.23.[4]杨述武.普通物理实验(电磁学部分)[M].北京:高等教育出版社,2000:2.5.[5]刘智敏.不确定度与分布合成[J].物理实验,1999,19(5):58.6O.DataProcessingandEvaluationofUncertaintyDegreeintheExperimen tofNewton’SRingsJINFeng—xi,SUOJian—biao(DepartmentofPhysics,CollegeofScience,YanbianUniversity,YanjiJilin13 3002,China)Abstract:Computingmethodofuncertaintydegreeforthedataofequalprecisio nmeasurementintheexperi—mentofNewton’Sringsisintroduced.Andthe problemofunequalprecisiondata anduncertaintydegreeevaluationissolvedbythemethodthroughweightedmean.Keywords:equalprecision;degreeofuncertainty;Newton’Srings;unequalpr ecision;interferencefringe。
测量牛顿环实验报告
测量牛顿环实验报告测量牛顿环实验报告引言：牛顿环实验是一种经典的光学实验，通过测量干涉环的半径，可以得到透镜的曲率半径。
本实验旨在通过测量牛顿环的半径，探究光的干涉现象以及透镜的性质。
一、实验原理牛顿环实验是基于光的干涉现象，当光线从一个介质射向另一个介质时，会发生反射和折射。
当光线从一个透明介质射向另一个透明介质时，如果两个介质之间存在微小的空气层，光线在空气层内发生多次反射和折射，形成干涉现象。
在牛顿环实验中，将一个透明平凸透镜与玻璃片接触，形成一层微小的空气层，光线在空气层内发生干涉，形成一系列的干涉环。
二、实验装置本实验所需的装置包括：平凸透镜、玻璃片、光源、显微镜、刻度尺等。
三、实验步骤1. 将平凸透镜和玻璃片放在光源下方，调整光源位置，使光线垂直射向透镜。
2. 将显微镜调整到合适的位置，以观察牛顿环。
3. 通过调节显微镜的焦距，使显微镜成像清晰。
4. 使用刻度尺测量干涉环的半径，并记录测量结果。
四、实验结果与分析在实际测量中，我们发现牛顿环的半径与透镜的曲率半径有关。
根据干涉环的半径与透镜曲率半径之间的关系公式，可以计算出透镜的曲率半径。
通过多次测量和计算，我们得到了透镜的曲率半径的平均值，并与理论值进行比较。
五、实验误差分析在实际测量中，由于实验条件的限制以及仪器的精度等因素，会产生一定的误差。
例如，光线的折射和反射会受到环境温度和大气压力的影响，而这些因素可能会导致测量结果的偏差。
此外，仪器的精度和使用者的操作技巧也会对实验结果产生影响。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了光的干涉现象以及透镜的性质。
通过测量牛顿环的半径，我们成功计算出了透镜的曲率半径，并与理论值进行了比较。
实验中，我们也意识到了误差的存在，并进行了误差分析。
这次实验不仅加深了我们对光学的理解，还培养了我们的实验技能和数据处理能力。
结语：牛顿环实验是一项经典的光学实验，通过测量干涉环的半径，可以得到透镜的曲率半径。