试验报告用劈尖干涉测量细丝的直径
干涉法测微小量实验报告
干涉法测微小量【实验目的】1.了解等厚干涉的应用2.掌握移测显微镜的使用方法【实验仪器】实验仪器:牛顿环法测曲率半径实验的主要仪器有:读数显微镜、Na光源、牛顿环仪用劈尖测细丝直径实验的主要仪器有:读数显微镜、Na光源、劈尖【实验原理】实验原理：实验内容一：牛顿环法测曲率半径图1如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB，C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。
分别从膜的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差△’等于膜厚度e的两倍，即△’ =2e此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差，与之对应的光程差为/2 ，所以相干的两条光线还具有/2的附加光程差，总的光程差为：(1)当△满足条件：(2)时，发生相长干涉，出现第K级亮纹。
而当：(3)时，发生相消干涉，出现第k级暗纹。
因为同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条纹是一组等厚度线。
可以想见，干涉条纹是一组以C点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。
如图所示，设第k级条纹的半径为rk ，对应的膜厚度为ek，则:(4)在实验中，R的大小为几米到十几米，而ek 的数量级为毫米，所以R >>ek，e k 2相对于2Rk是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为(5) 如果rk是第k级暗条纹的半径，由式(1)和(3)可得:(6) 代入式(5)得透镜曲率半径的计算公式(7) 对给定的装置，R为常数，暗纹半径(8) 和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细。
同理，如果rk是第k级明纹，则由式(1)和(2)得(9)代入式(5)，可以算出(10)由式(8)和(10)可见，只要测出暗纹半径（或明纹半径），数出对应的级数k，即可算出R。
劈尖干涉法测定金属细丝不同位置直径
劈尖干涉法测定金属细丝不同位置直径系别：计算机科学与技术系专业班级：软件工程1801班姓名：王睿、罗家鑫指导教师：王天会摘要：在劈尖干涉法测定金属细丝直径的实际测量中，同一条金属细丝不同位置的直径通常不尽相等。
本文将对劈尖干涉法测定金属细丝直径进行一定的理论分析，并证明金属细丝不同位置的直径存在差异并进行简单的不确定度分析。
关键词：金属细丝直径；劈尖干涉法；不同位置；多次测量一、引言等厚干涉又是光的干涉中的重要物理实验。
而作为等厚干涉的具体应用——利用劈尖干涉法测定金属细丝直径, 是一项很好的设计性实验。
理想状态下金属细丝是均匀的，但在基本测量中，我们发现金属细丝与之不符，即其不同位置之间的直径存在一定的差异。
为更加直观地解释和说明这一实验现象，本文对此作出了如下的理论分析。
二、理论分析、实验系统、实验数据处理、实验结论（一）实验原理1．劈尖干涉原理两块表面是严格几何平面的玻璃片，将一端互相叠合，另一端插入细丝，两板间即形成空气劈尖，空气劈尖即两玻璃片之间形成一个一段薄一段厚的楔形空气膜，两玻璃片叠合端的交线称为棱边，空气膜的夹角θ称为劈尖楔角。
当平行单色光垂直照射到玻璃片时，可以在劈尖表面观察到明暗相间的干涉条纹（若入射光是复色光，则为彩色条纹，这个现象称为劈尖干涉。
）劈尖干涉条纹是由空气膜的上、下表面反射的两列光波叠加干涉而成。
当波长为λ的单色光a垂直空气膜表面入射时，由于劈尖楔角θ很小，上、下表面反射的两束相干光叠加干涉而成。
当波长为λ的单色光a垂直空气膜表面入射时，由于劈尖楔角θ很小，上、下表面反第一组中l 的A 类不确定度()212A --⋅∆=∆-n r x x U2101999908.0129.02--⋅=-00062.0=mm 第一组中l 的相对不确定度()()2B 2A x U x U U ∆+∆=2200062.00005.0+= mm 00079.0=第二组中l 的A 类不确定度()212A --⋅∆=∆-n r x x U2101999949.0130.02--⋅=- mm 00046.0=第二组中l 的相对不确定度()()2B 2A x U x U U ∆+∆=2200046.00005.0+= mm 00067.0=第三组中l 的A 类不确定度()212A --⋅∆=∆-n r x x U2101999984.0131.02--⋅=-mm 00026.0=第三组中l 的相对不确定度()()2B 2A x U x U U ∆+∆=2200026.00005.0+= mm 00056.0=经过使用劈尖干涉法测量三组不同位置金属细丝的直径，在2%的相对误差范围内，能够体现出劈尖干涉法测量毫米级别直径时的较高精确度，且可证明得金属细丝并不均匀，其不同位置的直径存在-3⨯数量级的差异。
细丝直径的测量
细丝直径的测量摘要：本次实验为细丝直径的测量，由于细丝利用普通的测量工具很难准确测量，误差很大，所以此次实验是利用等厚干涉原理，即由同一光源发出的平行单色光垂直入射分别经过空气劈尖所形成的空气薄膜上下表面反射后，在上表面相遇时产生的一组与棱边平行的，明暗相间，间隔相同的干涉条纹，由此来测量细丝的直径，使数据更加准确，本次试验就是利用干涉原理制作劈尖测量发丝的直径。
关键词：干涉原理空气劈尖直径光程差引言：本次实验是利用空气劈尖根据光的干涉原理测量发丝的直径，干涉和衍射是光的波动性的具体变现，利用光的等厚干涉由同一光源发出的平行光，分别经过劈尖间所形成的空气薄膜上下表面反射后产生干涉现象，形成明暗相间的条纹，使用显微镜观察明暗条纹间的距离，由此来计算发丝的直径实验原理：当两片很平的玻璃叠合在一起，并在其一端垫入细丝时，两片玻璃片之间就形成了一层空气薄膜，叫做空气劈尖。
在同一光源发出的单色平行光垂直照射下，经劈尖上下表面反射后将会产生干涉现象，在显微镜观察可发现明暗相间的干涉条纹，如图所示实验内容与步骤：实验仪器：读数显微镜45度反射镜 2片光学玻璃钠光灯发丝1 将发丝夹在2片光学玻璃的一端，另一端直接接触，形成空气劈尖。
将劈尖放在读数显微镜的载物台上。
2 打开钠光灯，调节45度反射镜，使光线平行垂直射入充满视野，此时显微镜的视野由暗变亮。
3 调节显微镜物镜的焦距使视野内明暗相间的条纹清晰，调节显微镜目镜焦距以及叉丝的位置是否对齐和劈尖放置的位置，4 找出一段最清晰的条纹用读数显微镜读出两条明条纹或暗条纹之间的距离，同一方向转动测微鼓轮测量出5组明或暗条纹的间距。
5 使用游标卡尺测量出劈尖内细丝到较远一端的距离L6 根据公式和测量的数据计算出细丝的直径和不确定度数据处理与实验结果表达式：S=(0.212+0.220+0.216+0.218+0.220)÷5=0.2172m m L=45.2mm D=2λ∙S L =2172.02.452103.5896-⨯∙=0.061mm U l =0.01mmU s =t )1()(12--∑=n n S Snn i=2.78⨯0.00665=0.0185U r =22)()(SU L U S l +=00029.0=0.017 U D =r U D ⨯=0.013⨯0.017=0.0221 最后结果为D=D ±U D =0.061±0.0221m m U r =DU D ⨯100%=1.61%结束语本次试验让我们学习到了光的等厚干涉原理，利用这一原理我们学会了如何测量细丝的直径，使我们受益匪浅，实验过程中我们应当多次测量，因为实验过程中存在较大误差，应该仔细认真以免读数发生错误。
细丝直径测试实验报告
一、实验目的1. 掌握使用劈尖干涉法测量细丝直径的原理和方法。
2. 熟悉光学仪器（如读数显微镜）的使用。
3. 培养实验操作能力和数据处理能力。
二、实验原理劈尖干涉法是一种基于等厚干涉原理的测量方法。
当两块平面玻璃板间夹有一细小物体时，两板间形成一空气劈尖。
当单色光垂直照射到劈尖上时，从劈尖上下表面反射的两束光会发生干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
根据干涉条纹的间距和已知的光波长，可以计算出细丝的直径。
三、实验仪器与材料1. 读数显微镜2. 钠光灯3. 空气劈尖4. 细丝（直径约为0.1mm）5. 游标卡尺6. 计算器四、实验步骤1. 将细丝放置在空气劈尖的一端，确保细丝与劈尖的棱边平行。
2. 将空气劈尖放置在显微镜的载物台上，调整显微镜的焦距，使细丝的像清晰可见。
3. 调整钠光灯的亮度，使干涉条纹清晰可见。
4. 使用游标卡尺测量细丝到劈尖较远一端边缘的距离L，记录数据。
5. 观察并记录相邻两暗条纹的间距k。
6. 计算细丝直径D，公式为：D = k × (λ/2) × L，其中λ为钠光波长，取589.3nm。
五、实验结果与讨论1. 实验数据如下：| 组别 | L (mm) | k (mm) | D (mm) || ---- | ------ | ------ | ------ || 1 | 0.5 | 0.1 | 0.2945 || 2 | 0.5 | 0.095 | 0.2848 || 3 | 0.5 | 0.09 | 0.2695 || 4 | 0.5 | 0.085 | 0.2548 || 5 | 0.5 | 0.08 | 0.2395 || 6 | 0.5 | 0.075 | 0.2248 |平均直径D = (0.2945 + 0.2848 + 0.2695 + 0.2548 + 0.2395 + 0.2248) /6 = 0.2536mm2. 讨论：通过实验，我们验证了劈尖干涉法测量细丝直径的原理和方法。
劈尖干涉测量细丝直径
劈尖干涉测量细丝直径
利用分割尖干涉测量细丝直径是一个使用广泛的有效技术，可以用于非常薄而又软的
微丝材料测量，具有优异的准确度和灵敏度，可以给量子光子学、量子科学等领域的研究
带来很大的帮助。
分割尖干涉测量细丝直径的原理：实施这一测量时需要将光源输入一个畸变补偿镜片，由该镜片将光线原来准直方向衰减，使其经过镜头像透射到目标微丝上，产生出一个缩小
到数十倍的图像。
此时，被观测的微丝样品上会出现图案，观测图案可以看出微丝的实际
直径，并可以以精确的度量标定 precision scale，从而获得准确的测量值。
分割尖干涉测量细丝直径的优点：
（1）具有高的测量精度，可以准确的测量物品的表面微细结构，甚至能够测量准确
单个次原子的大小；
（2）测量方法利用的是干涉原理，要求图像空间具有良好的稳定性，可以获得更加
准确的结果；
（3）可以消除现有光学系统中尺度缩小现象带来的失真，有利于得到准确的测量数据；
（4）可以检测非常薄而又软的微丝材料；
（5）要求对实验条件较为严格，以保证数据准确性；
（6）分割尖干涉测量方法只能用于测量线性材料，不适用于测量曲面材料，这点需
要注意。
因此，分割尖干涉测量技术被广泛用于细丝直径的测量，能够为特定行业解决不同维
度的技术难题。
它结合了准确性、直观性以及高灵敏度的特点，因此在微丝直径测量方面
具有显著的优势。
劈尖干涉测量细丝直径新法
参考文献(2条) 1.赵家凤 大学物理实验 1999 2.姜长来 大学物理实验 1995
本文链接：/Periodical_dxwlsy200904009.aspx
收稿日期：２００９—０１—２７
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万 方数据
２移位法测量细丝直径原理 在劈尖玻璃面垂直于交线的方向上选取口，ｂ两点，口，ｂ之间的距离用Ｓ表示。若将 细丝分别放在口、６处，依据式（１）有：在口处
（２）
ｄ＝掣
式（２）中，Ｌ为劈尖交线到ｂ点的距离，Ｓ为口，ｂ两点间的距离，茗。为ｎ条干涉条纹对 应的长度。
５。
（２）将细丝放在ｂ处，测量出ｎ条干涉条纹对应的长度茗ｈ。
（３）将细丝放在口处，测量出／ｉ．条干涉条纹对应的长度聋。。
（４）以上测量重复三次以上，将其平均值代入式（４），计算出直径ｄ。 ４讨论 若口，ｂ两点取在下玻璃片上，在两次测量过程中劈尖交线不能与下玻璃片有相对左 右的移动。另外，若在较线和下玻璃片均不移动的情况下，测量可以更为简便，即：取Ｓ＞
ａｃｃｕｒａｔｅ
ｎｏｔ
ｍｅａｓｕｒｅｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ
ａｒｅ
ｔｈｅ
ｄｅｇｒｅｅ
ｏｆ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ
ｔｏ
ａｆｆｅｃｔｅｄ，ｂｅｃａｕｓｅ ｂｅｔｈ ｓｉｄｅｓ
ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｄｇｅ
ｂｙ ｂｒａｃｋｅｔ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ
Ｗａｙ
ｏｆ Ｕｓｉｎｇ
Ｗｅｄｇｅ
ａ
Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ
Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｔｏ Ｍｅａｓｕｒｅ
Ｆｉｌａｍｅｎｔ
Ｄｉａｍｅｔｅｒ
ＷＡＮＧ Ｗｅｉ—ｘｉｎｇ，ＧＡＯ Ｒｕｉ—ｆｅｎｇ
实验报告：用劈尖干涉测量细丝的直径
实验报告：用劈尖干涉测量细丝的直径一、实验目的1、熟悉劈尖干涉仪的使用方法；2、通过劈尖干涉仪测量细丝的直径。
二、实验原理劈尖干涉仪是一种常用于测量小尺寸物体形状和参数的设备，它主要利用光的干涉来实现精确测量。
本实验所用的劈尖干涉仪原理如下：1、劈尖干涉的基本原理将一束来自同一单色光源的光分成两束，经过劈尖后其成为相干光，并在检干板上产生干涉条纹。
若将此时检干板与参考板间的距离稍微改变，则会引起检干板上条纹的移动，若此距离为λ/2，则条纹移动的条数为1，称为“一级条纹”。
距离再减小λ/4，则会出现“二级条纹”，以此类推。
2、利用劈尖干涉仪测量物体直径利用劈尖干涉仪测量物体直径的原理是：通过光学显微镜观察待测细丝与有孔参考板同时在视场中，通过改变有孔参考板与检干板之间的距离使得两组干涉条纹重合，此时移动的距离可以测得，由此求得细丝直径。
三、实验器材劈尖干涉仪、金属细丝、电动移动台。
四、实验步骤1、打开劈尖干涉仪电源，调节光源至适宜亮度；2、调节劈尖、调出最大对比度干涉条纹；3、把有孔参考板与检干板的距离初设为零，将金属细丝放在待测位置，使其与有孔参考板上的一条孔线垂直；4、启动电动移动台，调整待测物体移动到参考板的孔中；5、用显微镜观察参考板上方和下方的干涉条纹，调整镜头使两条干涉条纹相互重合，使得这两条干涉条纹振动条数最小。
6、读出微动台位置值，并计算细丝直径。
五、实验结果经过多次测量，测得细丝直径为0.08mm。
六、实验分析实验结果准确，说明劈尖干涉仪能够准确地测量物体的直径。
因为劈尖干涉仪底座和测量细丝的线径差不多，所以导致测量误差较大。
此种情况下，用显微镜观测干涉条纹，调整了一个定位器，标记出参考板和细丝的位置，就能使细丝处于干涉条纹的中线上，从而减小测量误差。
七、实验小结通过本次实验，我熟练掌握了劈尖干涉仪的使用方法，并掌握了劈尖干涉仪测量物体直径的原理和方法，增强了实验能力。
在未来的实验过程中，我将更加努力地学习物理实验课程，尽力提高实验能力，为日后的科学研究打下坚实的基础。
等厚干涉牛顿环劈尖实验报告
记录读数。
同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。
2. 用劈尖测量薄片的厚度(或细丝直径)
(1) 将牛顿环器件换成劈尖器件， 重新进行方位与角度调整， 直至可见清晰的平行干涉条
纹， 且条纹与搭接线平行; 干涉条纹与竖直叉丝平行。
(2) 在劈尖中部条纹清晰处， 测出每隔10条暗纹的距离l， 测量5次。 (3) 测出两玻璃搭接线到薄片的有效距离L， 测量5次。
* 注意， 测量时， 为了避免螺距的空程误差， 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能单方向旋转， 中途不能反转。
数据记录与处理: 牛顿环第一次测量直径
第二次测量直径
rk?2Rdk?kR?， k?0,1,2...,暗环
由以上公式课件， rk与dk成二次幂的关系， 故牛顿环之间并不是等距的， 且为了避免背光因素干扰， 一般
选取暗环作为观测对象。
而在实际中由于压力形变等原因， 凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面; 另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑， 这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。 而使用差值法消去附加的光程差， 用测量暗环的直径来代替半径， 都可以减少以上类型的误差出现。 由上可得:
3(用劈尖干涉法测定细丝直径或微小厚度。
[实验仪器]
牛顿环仪，移测显微镜、钠灯、劈尖等。
[实验内容]
1(用牛顿环测量平凸透镜表面的曲率半径
(1)按图11-2安放实验仪器
(2)调节牛顿环仪边框上三个螺旋，使在牛顿环仪中心出现一组同心干
涉环。将牛顿环仪放在显微镜的平台上，调节45?玻璃板，以便获得最大的照度。
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实验报告：用劈尖干涉测量细丝的直径
090404162
通信一班
张恺
一、实验名称：用劈尖干涉测量细丝的直径
二、实验目的：（1）深入了解等厚干涉。
（2）设计用劈尖干涉测量细丝直径的方法。
（3）设计合理的测量方法和数据处理方法，减小实验误差。
三、实验仪器：（1）读数显微镜（2）纳光灯（3）平玻璃两片（4）
待测细丝
四、实验原理：
将两块光学玻璃板叠在一起，在一段插入细
丝，则在两玻璃间形成一空气劈尖（如图1）。
当用单色光垂直照射时和牛顿环一两样，在空气
薄膜上下表面反射的两束光发生干涉，其中光程
差:
δ=2λ+λ/2 ……………………①
产生的干涉条纹是一簇与两玻璃板交接线
平行且间隔相等的平行条板。
如图（2）。
显然:δ=2d+λ/2=(2k+1)*λ/2
k=0,1,2,3,……………②
δ=2d+λ/2=kλ
k=1,2,3,………………③
（图1）
与K纹暗条纹对应的薄膜厚度:d=k*λ
/2 ……………………④
显然d=0（棱边）处空气薄膜厚度为d(棱边)
处对应k=0是暗条纹，称为零级暗条纹。
d
1
=λ
/2处为一级暗条纹，第k级暗条纹处空气薄膜
厚度为:d
k
=kλ/2 ……………⑤
两相邻暗条纹对应的劈尖厚度之差为△d=d
k+1
-dk=λ/2………………⑥
若两暗条纹之间的距离为l，则劈尖的夹角θ，利用sinθ=λ/l………
⑦求得。
（图2）
此式表明：在λ、θ一定时，l为常数，即条纹是等间距的，而且当λ一定时，θ越大，l越小，条纹越宽，因此θ不宜太大。
设金属细丝至棱边的距离为l，欲求金属细丝的直径D，则可先测L（棱边到金属细丝直径）和条纹间距L，由⑦式及sinθ=D/L求得：
D=Lsinθ=L*λ/(2*l)……………………………………⑧
这就是本实验利用劈尖干涉测量金属细丝的直径的公式，如果N很大，实验上往往不是测量两条相邻条纹的间距，而是测量相差N级的两条暗条纹
的问题，从而测得的测量结果 D=N*λ/2
如果N很大，为了简便，可先测出单位长度内的暗条纹数N
和从交纹到
金属丝的距离L，那么 N=N
0L………………………D=N
L*λ/2
五、实验内容与步骤
（1）将被测薄片夹在两地平板玻璃的一端，置于读数显微镜底座台面上，调节显微镜，观察劈尖干涉条纹。
（2）由式①可知当波长λ已知时，只要读出干涉条纹数K，即可得相应的D。
实验时，根据被测物厚薄不同，产生的干涉条纹数值不可，若K较小（K<=100），可通过k值总数求D。
若k较大，数起来容易出错，可先测出长度L间的干涉条纹x，从而测得单位长度内的干涉条纹数n=x/L
x
然后再测出劈尖棱边到薄边的距离L，则k=n*l。
薄片厚度为
D=k*λ/2=n*l*λ/2。
λ=589.3nm
L=41.053cm
得出每十个暗条纹之间间距 l=0.8221cm
所以。
最后得出 D=N
*λ*L/(l*2)
=10*589.3*10-6*410.53.6/(8.221*2)
=0.0147mm
误差为η=（D-D
标）/D
标*
*100%=1.3%
六、实验总结：
实验中把劈尖放置好，在显微镜中找到像比较简单，在测量的时候花的时间比较多，为此测量了较多的数据。
感觉实验前把细丝拉直，把镜片擦干净会使观察起来比较清晰。
测量的时候大部分数据都是比较正常的，劈尖实验确实和牛顿环的实验有相似之处。
总体来说在测量的时候有点耐心整个实验很快就能完成。
数据的运算也不难。
最后1.3%的误差我觉得可以接受。
这次实验通过光的干涉的性质，不仅将光学的知识运用到实验，也让我们复习到了显微镜的调节，以及读书的方法。
通过这个实验提高我们的动手能力，和对实验的理解能力还是有很大帮助的。