劈尖干涉测量头发丝直径

劈尖干涉测量头发丝直径

摘要：根据等厚干涉原理，利用劈尖干涉，成功测量除了头发丝的直径。 关键词：干涉 劈尖 细丝直径

1. 引言：根据薄膜干涉原理，用两个很平的玻璃板间产生一个很小的角度，就构成一个楔形空气薄膜，用已知波长的单色光入射产生的干涉条纹，可以测量头发丝的直径。

2. 设计方法及设计原则：

2.1 理论依据：

当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两玻璃片之间就形成一空气薄层（空气劈）。在单色光束垂直照射下，经劈上、下表面反射后两束反射光是相干的，干涉条纹将是间隔相等且平行于二玻璃交线的明暗交替的条纹。

显然，劈尖薄膜上下两表面反射的两束光发生干涉的光程差为 2(21)k 0,1,222e k λ

λ

δ=+=+=

时，干涉条纹为暗纹与 k 级暗条纹对应的薄膜厚度为：2k e k

λ

= 两相邻暗条纹所对应的空气膜厚度差为：

21λ=-+k k e e

如果有两玻璃板交线处到细丝处的劈尖面上共有N 调干涉条纹，则细丝的直径d 为;

)2/(λN D =

由于N 数目很大，实验测量不方便，可先测出单位长度的条纹数l N N i =

0，再测出两玻璃交线处至细丝的距离L ，则

L N N 0=

)2/(0λL N D =

已知入射光波长λ，测出0N 和L ,就可计算出细丝（或薄片）的直径D 。

2.2 实验方法：

实验仪器：钠光灯 读数显微镜 劈尖装置

1、将细丝（或薄片）夹在劈尖两玻璃板的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。然后置于移测显微镜的载物平台上。

2、开启钠光灯，调节半反射镜使钠黄光充满整个视场。此时显微镜中的视场由暗变亮。

调节显微镜目镜焦距及叉丝方位和劈尖放置的方位。调显微镜物镜焦距看清干涉条纹，并使显微镜同移动方向与干涉条纹相垂直。

3、用显微镜测读出叉丝越过条暗条纹时的距离l,可得到单位长度的条纹数0N 。再测出两块玻璃接触处到细丝处的长度L.重复测量六次，根据式

)2/(0λL N D =计算细丝直径D 平均值和不确定度。

3. 实验结果与分析：

3.1 实验数据与处理：

实验测量数据

l =(2.123+2.127+2.121+2.129+2.127+2.125)6 mm =2.125mm

S i = (l −l )2n i=1n −1

= (2.123−2.125)2+(2.127−2.125)2+(2.121−2.125)2+(2.129−2.125)2+(2.127−2.125)2+(2.125−2.125)26−1

=0.0053mm

∆l = S i 2+∆仪

2= （0.0053）2+（0.005）2

mm 2=0.007mm 2 l =l ±∆l = 2.125±0.007 mm E l =∆l l =0.0072.125×100%=0.33%

N0=N i

=

20

mm=9.41mm

D=N0Lλ2=9.41×36×589.3×10−62=0.09mm

3.2实验效果分析：

经上网查证，人头发丝一般是0.6～0.8mm，与实验数据相差不大，说明本次试验比较成功。实验中可能会存在误差，测量误差，读数误差。偶然误差等等。排除这些误差，实验相对会可以精确。

4.结论：

经实验得出，本人的头发丝直径大概在0.09mm左右。说明，根据薄膜干涉原理，利用劈尖干涉可以测量细丝的直径。而且精确度较高，一般可以用来测量毫米级别以下的细丝直径。

本次试验设计比较简易，存在较大误差。应该多测量几次减小误差，而且头发丝各部分直径不同，最好能测量多个位置。个人自己的头发也有差异，所以实验太过简单，没有深入研究。

做这个实验最大的心得体会就是一定要细心加耐心，第一次把头发丝夹在劈尖上放到显微镜上观察时，找不到干涉条文，经过多番调整显微镜和劈尖后才看到干涉条纹，观察多次后，眼睛却开始难受。做这个实验一定要按步骤,每一步都要仔细，哪一步出错就会使得实验数据出现较大的误差，所以一定要细心。光学实验对眼睛要求很高，要一直盯着显微镜看，很快就会有累的感觉，所以一定要很有耐心。

根据薄膜干涉的道理，劈尖干涉也可以测定平面的平直度．测定的精度很高，甚至几分之一波长那么小的隆起或下陷都可以从条纹的弯曲上检测出来。说明此实验也可以通过测量高精度仪器的平面的平直度。