大学物理实验等厚干涉

一、实验目的
1、加深对光的等厚干涉原理的理解 2、掌握用牛顿环测量曲面曲率半径的 原理和方法 3、掌握用劈尖干涉法测量细丝直径 4、学会用读数显微镜
实验内容
1.用牛顿环测透镜的曲率半径 2、用劈尖测细丝直径
1、用牛顿环测透镜的曲率半径原理
2h
2h
2


2
k
明纹
R 暗纹
2
2
2
( 2k 1)
3、劈尖
玻 璃 板 交 线 L=43.56mm
细 丝 （ 头 发 丝 ）
【数据记录表表格】
玻璃板到细丝的长度L=
次数i 条数
(mm)
起点xi(mm) 终点x’i(mm) ∆i=xi- x’i(mm) ni=50/∆i(条/mm) 50条暗纹长度 单位长度的暗纹 数
1
2 3
50条
50条 50条
【数据处理】
主尺 15 mm 最后读数为： 15.506mm
副尺 0.506mm
【实验步骤】 1．牛顿环测量平凸透镜的曲率半径
S （1）点亮钠光灯，对钠光灯进行预热， 处稳定状态再进行实验。 （2）将读数显微镜的镜筒调至中央附近。 将45度平面镜调成如图1所示的位置,使光 垂直照在平凸透镜装置上。边调节平板玻 璃角度，边移动钠光灯的位置。 此时通过目镜可以看到明亮的 黄色背景；
d
5.实验结果： d d U d , E ?(P 95.5%)
_
思考题：牛顿环中心斑在什么情况下是暗的？在什么情况下是亮的？
注意事项
1.应等待入射光电源工作几分钟后，处稳定状 态，
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 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 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 空程误差，测微鼓轮只能向一个方向旋转。
r mR
2 m
r nR
2 n
r r d d R ( m n) 4( m n)
2 m 2 n 2 m 2 n
实验仪器
读数标尺
读数显微镜
目镜
上下移动旋钮
物镜 读数盘
水平移动旋钮
读数显微镜的读数方法
主尺的分度值为1mm，测微鼓轮共有100个刻度，其 份度值为0.01mm，可估读到0.001mm。
(P=95.5%)
2、用劈尖测细丝直径 k
2ek
暗纹 ek k
2 ( 2k 1) 2 k 0,1,2 暗条纹
ek
k 1,2,3 明条纹
d
2 相邻两暗纹对应的厚度差暗纹
e
2 若单位长度上的暗纹条数为n，玻璃板交线到 细丝的距离为L,则细丝直径为
1.计算 n
2.计算
d nL
_
_

2
3.计算
k _ 1 U n c cS _ c ( ni n ) n k (k 1) i 1
，
c=2 (置信概率 P=95.5%)
Ud
_
4.计算
Ud
d 2 ( )2U n L U n n 2
E
100 %, ( p 95 .5%)
【数据记录表格】
次数 环级
Xi (mm) （左）
Xi ′(mm) （右）
Di=xi-xi′ (mm) （直径）
Di2(mm)2
P百度文库=|Di+52 - Di2|(mm)2
1
2 3
30
29 28
4
5 6
27
26 10
7
8 9 10
9
8 7 6
1.计算平凸透镜的曲率半径 (m-n=20) 2.计算
Dm 2 Dn2 P R 4(m - n) 4(m n)
n 1 U p cS P c ( Pi P) 2 n(n 1) i 1
c=2 (置信概率 P=95.5%)
3.计算R 的总不确定度
Up R 2 2 UR ( ) U p P 4(m n)
4.相对不确定度E
UR E 100 % R
5.结果表示：
R R U R E=
d nL

2
2．测细丝直径
（1）将被测细丝夹在两块平板玻璃的一端，另一端直 接接触，形成劈尖,然后置于显微镜的载物台上，将调 节螺丝朝下，如图2所示。
（2）调节显微镜和钠光灯位置，能看清十字叉丝、 干涉条纹、玻璃板交线和细丝，并将读数显微镜的 镜筒调至主尺读数范围的一侧边缘。 注意叉丝移动方向要垂直于干涉条纹方向 （3）测出玻璃板交线到细丝的长度L。 （4）再次将镜筒调回至玻璃板交线附近，测出50条 暗纹的长度，重复测量五次，将数据填入表格2中。 5）计算细丝直径的平均值d和不确定度Ud。
（3）转动目镜,使十字叉丝最清晰，移动牛顿环，使 牛顿环圆心与十字叉丝中心重合,纵丝应与各暗环相切。 （4） 将牛顿环按图所示放在显微镜的平台上，将显微 镜目镜调到最低,注意不要碰到显微镜,然后由下向上 缓慢移动显微镜镜筒，直至看清干涉条纹为止.
（5）转动测微鼓轮，先使镜筒由牛顿环中心向左移动， 顺序数到第32个暗环，再反向移动到第30暗环并记录， 依次记录30-26、10-6的暗环位置的读数。再继续向右 移动，使十字叉丝经过圆心再依次测出右侧第6-10、 26-30暗环位置的读数。将数据填入表1中。 （6）求出透镜的曲率半径R及其不确定度UR。
2

2
r R ( R h) 2R h h
o
r
h
R h 2R h h 2 rm R m
2
这样，若测量出第m级暗环的半 径，且已知所用单色光波的波长，就 可计算出透镜的曲率半径R。
dm dn
考虑到玻璃的弹性形变及环心位置不易确定， 本实验测量中透镜半径为：