牛顿环干涉原理.pptx

中小学优质课件光的干涉—牛顿环劈尖课件.ppt

S2 S2
A
B
R RUR
d d Ud
思考讨论牛顿环与光学劈尖干涉条纹有何异同？注意事项
钠光灯在关了之后必须5分钟后再开（停电时也必须如此操作）
牛顿环、劈尖不要旋得过紧，以免压碎玻璃片
测量过程中测微鼓轮不能回旋，否则全部数据必须重测
光的干涉——牛顿环劈尖教学手段：讲授演示
教学目的：观察等厚干涉现象及其特点
通过实验进一步加深对等厚干涉原理理解。练习用干涉法测量透镜的曲率半径，微小直径或厚度。熟悉读数显微镜的结构原理，学会它的调节和使用方法。
实验仪器：读数显微镜钠光灯牛顿环劈尖
教学内容：
·干涉机理
·仪器设备 R
牛从而产生等厚干涉现象
f
O
A B
·实验现象
·明暗条纹条件
牛顿环
光学劈尖
·实验要求
2e 2k 1 暗条纹
2
2
2e k
2
明条纹
牛顿环：测出凸透镜的曲率半径
R Dm2 Dn2
4(m n)
分别测出第m级和第n级暗环直径Dm、Dn
光学劈尖：测出两玻璃板间夹着的小纸片的厚度
d D
2l
测出相邻两级暗纹之间的间距l
数据处理 589.3nm
牛顿环：
sA
tp
k
1 1
4(m
n)
SB
k
D2 D2
m
n
i 1
kk 1
D 48.44cm
光学劈尖：
Sd
tp (k
1)
D
2l 2
k
l
i 1
k(k 1)
UR
S2 S2
A
B
UR

牛顿环 ppt课件

R
r2 km

(k

m)R
r
R

r2 km

r2 k
m
2r
13
例、如图，用单色光垂直照射在牛顿环装置上，当平凸透镜垂直向上缓慢平移远离平板玻璃时，将观察到还状条纹如何变化？
向中心收缩
例、整个装置不动，而在凸透镜与平板玻璃之间充以折射率为n的透明介质，条纹如何变化？
向中心收缩
14
例、用波长为的单色光垂直照射在牛顿5源自 6光程差 2nd
2
R
r
d
k (k 1,2,) 明纹
(k 1) (k 0,1,) 暗纹
2
dk

(k

1) 2

2n
明纹
dk

k
2n
暗纹
相邻两级明环或相邻两级暗环对应的厚度差为/2n 7
rk2 R2 (R d)2 2dR d 2
环装置上，若使平凸透镜垂直向上缓慢平移远离平板玻璃，从透镜顶点与平面玻璃接触到两者距离为d的移动过程中，移过视场中某固定观察点的条纹数目为多少？
N d
/2
15
例、在图示的三种材料构成的牛顿环装置中，用单色光垂直照射，在反射光中观察到干涉圆环，
D 在接触点P形成的圆斑为：【】
（A）全明；（B）全暗；（C）右半部明、左半部暗；（D）左半部明，右半部暗。
(k 1,2,3,) (k 0,1,2,)
从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？
d=0,两反射光的光程差 =/2，为暗斑。
d=0,两透射光的光程差等于零，为亮斑。

牛顿环PPT课件

实验仪器——读数显微镜
读数显微镜的Байду номын сангаас构和原理
读数显微镜是用于精确测量微小长度的专用显微镜，它
主要由用于螺旋测微装置和用于观察的显微镜两部分组成。
E12
如图2.1-7是实验室常用的读数显微镜之一。
测微鼓轮A的周边上刻有100个分格。鼓轮旋转一周，显
微镜筒水平移动1mm，每转一分格，显微镜筒将移动0.01mm
径R，相反，当R已知时，即可算出λ。但由于两接触镜面之间难免附着尘埃，并且在接时难免发生弹
性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆斑，所以近圆心处环纹比较模糊和粗阔，以致
难以确切判定环纹的干涉级数m，即干涉环纹的级数和序数不一定一致。这样，如果只测量一个环纹
的半径，计算结果可能有较大的误差。为了减少误差，提高测量精度，必须测量距中心较远的、比较
• 波是物质的一种形式。
波的干涉现象是波的特有表现形式之一。
产生干涉称为相干波。（上图水波的干涉现象）
• 阳光照射下皂膜上的彩色花纹和水面油膜上的彩色花纹是我们最常见的光的干涉现象。（下图皂膜上的干涉现象）
言
预习提示
➢牛顿环产生干涉现象的原理及测量曲率半径的理论公式推导。
➢移测显微镜的结构及使用方法。 ➢设计用逐差法处理原始数据记录表。
实验目的
➢熟悉光路调整 ➢观察反射式牛顿环的干涉图样 ➢测量平凸透镜的曲率半径
实验仪器——实物图目镜
主尺 1mm
游标尺 0.01mm
调焦手轮
测量手轮
半反射镜牛顿环
实验仪器——光路示意图
光线经半反射镜M反射后，将改变方向，垂直向下照射在牛顿环上，在牛顿环上产生干涉条纹，此干涉条纹作为物再经半反射镜透射进入读数显微镜。再经读数晃微镜的物镜成像在叉平面上，经目镜放大成像在人的视网膜上。

高二物理竞赛课件：牛顿环

如图所示：
膜厚、级次大
由暗纹公式可得
有间距的牛顿环
特性：同心圆环，形状内疏外密，级次内高外低
对比等倾Байду номын сангаас涉
应用：迈克尔逊干涉仪
严格垂直等倾干涉，不严格垂直等厚干涉
牛顿环
特性：同心圆环，形状内疏外密，级次内高外低
等倾干涉：入射角相同形成同一干涉条纹
干涉条纹是薄膜等厚点的轨迹
等厚干涉：垂直入射
膜厚、级次大
等厚干涉：主要考虑条纹间距和变化
等厚干涉
等厚干涉
等厚干涉
劈尖的等厚干涉条纹形状及间距
特例：牛顿环
明纹公式
本质：等厚干涉
特性：同心圆环，形状内疏外密，级次内低外高，沿径向增加

牛顿环的应用课件

牛顿环的应用课件
• 牛顿环简介 • 牛顿环实验原理 • 牛顿环实验数据分析 • 牛顿环实验误差分析 • 牛顿环应用案例分析 • 总结与展望
01
牛顿环简介
什么是牛顿环
• 牛顿环是一种光学现象，当光波在两个不同折射率的介质之间产生反射和折射时，会形成一系列同心圆形的干涉条纹。这些条纹通常呈现明暗交替的色彩，这是因为光波在两个介质之间来回反射和折射，形成了类似于波的叠加效应。
1 2 3
光学干涉的应用牛顿环实验是光学干涉的基础实验之一，未来在光学测量、光学通信等领域仍具有重要的应用价值。
创新与发展随着科技的不断进步，牛顿环实验有望与现代技术相结合，如微纳加工、光学传感等，从而开辟新的应用领域。
拓展与深化未来可以对牛顿环实验进行拓展和深化，例如通过研究不同介质、温度、光强等条件下的干涉现象，进一步丰富干涉理论。
数据记录
记录不同波长下的干涉条纹直径和形状，并进行分析。
03
牛顿环实验数据分析
数据采集与处理
实验设备准备
确保实验设备（如显微镜、牛顿环装置、光源等）处于良好
状态，并准备实验操作区域。
数据记录表格
设计并打印包含实验数据记录和计算的表格，以便在实验过程中记录数据。
数据采集方法
使用显微镜观察牛顿环现象，并使用测量工具（如测微器）测量环的直径。
数据结论与讨论
结论总结
根据实验数据和结果，总结出牛顿环的物理规律和结论。
结果讨论
对实验结果进行深入讨论，分析误差产生的原因以及如何提高实验精度。
应用探讨
探讨牛顿环在光学、物理和工程等领域中的应用，以及如何将其应用于实际问题和解决技术难题。
04

光的等厚干涉(牛顿环)

斑太大，甚至损坏牛顿环仪。
（2）把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上 45°角的反射透明玻璃片等高，如
图 19-3 所示。旋转反射透明玻璃，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。（3）调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。移
动牛顿环仪，使中心暗斑（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差(见附录)。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。
⎟⎟⎠⎞ 2
+
⎜⎛Δ仪 ⎜⎝ L
⎟⎞ 2 ⎟⎠
=
eN ±ΔeN =
ΔeN = EeN ⋅ eN =
六思考题
（1）牛顿环的中心在什么情况下是暗的，在什么情况下是亮的？（2）本实验装置是如何使等厚条件得到近似满足的？
（3）实验中为什么用测量式 R = Dm2 − Dn2 ，而不用更简单的 R = rk2 函数关系式求出 R 值？
（7）
Δe
eN
ek
ek+1
从（7）式可知，只要测出第 m 环和第 n 环直径以及数出环数
差 m-n，就无需确定各环的级数和圆心的位置了。
L
2．劈尖
(a)
两块平板玻璃，使其一端平行相接，另一端夹入一细丝（或
待测样品），这样两块平板玻璃之间形成了一个具有一微小倾
l
角的劈形空气薄膜，这一装置就称为劈尖。如图 19-2（a）所
∑ (Ri − R )2
i =1
=
5 −1
ΔR =
S
2 R
+ Δ2仪
=
（3）写出实验结果： R = R ±ΔR (mm) 并作分析和讨论。

《劈尖牛顿环干涉》PPT课件

2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？
3）将牛顿环置于的液体n中，1条纹如何变？
明环半径暗环半径
r (k 1 ) R (k 1,2,3,)
2n
r kR / n (k 0,1,2,)
4）应用例子:可以用来测量光波波长，用于检测透镜质量，曲率半径等.
测量透镜的曲率半径
rk2 kR
r2 km
例2：如图；用λ=500nm的单色光垂直照射劈尖，劈尖
λ=500nm
由空气到充满n=1.40的液体前后，距劈棱数起第5条明纹移动多少？
2 104 rad
解：由
e
2nek
2
k
L sin L
(k 5)
k=5
L
e
L (2k 1) 4n
L 9 (1 1 ) 1.61mm 4 n
劈尖干涉的应用 1）干涉膨胀仪
干涉条件: k
Δr
2n d cos 2
/2
Δr 2n2 d / 2
k=1.2.3….（k 级明纹）
Δ (2k 1) / 2 k=0.1.2….（k 级暗纹）
条纹特点: 等间隔,等宽度,平行直条纹.
b 2n /
dk / 2n
条纹变化因素: (1) 厚度变化使得条纹移动.
(2) 介质使得条纹移动变化.
(k
m)R
R
r2 km
r2 k
m
工件标准件
R
r
2r
例2 用氦氖激光器发出的波长为633nm的单色光做牛顿环实验，测得第个
k k R 暗环的半径为5.63mm , 第 +5 暗环的半径为7.96mm，求平凸透镜的曲率半径 .
解 rk kR
rk5 (k 5)R

牛顿环实验.ppt

设ek表示P点处空气层的厚度，则空气层下表面的反射光比上表面的反射光多走的路程为2ek，且由于在下表面处光由光疏媒质射入光密媒质，有位相突变Л故上下表面反射的二相干光的总光程差为：△=2ek+λ/2 (1) 由干涉条件可知，当 △=2ek+λ/2=Kλ 时，为亮条纹(2) △=2ek+λ/2=(2K+1) λ/2 时，为暗条纹 (3) 式中K=0，1，2，3为干涉条纹的级次。由图一中可见： R2=(R—ek)2+rk2 ∴ rk2=2Rek-ek2 ∵ R>>ek故ek2 可忽略 ∴ ek=rk2/2R (4) 上式说明： ek与 rk 的平方成正比，所以离开中心愈远，光程差增加愈快，故牛顿环干涉条纹是离开中心愈远，条纹愈密，干涉级次愈高，将（3）式的代入（4）式，整理后可得： rk2=KλR (5) 式得Dk2=(2rk)2=4KRλ； Dk+m2=(2rk+m)2=4(K+m)Rλ 所以D2k+m—D2K=4mRλ 故 R=( D2k+m—D2K)/4mλ (6)
次数 1 2 3 d左20 d左15 d右15 d右20 D15 D20 R 平均
[注意事理] 注意事理] 1．图三中的玻璃镜片和平凸透镜组装在一个框架里就构成牛顿环仪，框架上面的三个调节螺丝，可以使干涉条纹的中心大致固定在平凸透镜的光轴上，但绝不要将这三个螺钉拧紧，以免玻璃破裂。 [参考书目] 参考书目] 《物理实验》天津大学出版社《大学物理实验》航空工业出版社《大学物理实验学》中国铁道出版社思考题] [思考题] 1、牛顿环与劈尖干涉有什么相同与不同之处？ 2、牛顿环的各环是否等宽？环的密度是否均匀及如何解释？
牛顿环
[摘要] 摘要] 干涉：频率相同的两束光经过不同的路径到达同一点后相遇而叠加，就会出现某些点的光加强，某些点的光减弱，从而出现明暗相间的条纹，如果是复色光则出现彩色条纹，这种现象叫做光的干涉现象。实验目的、要求] [实验目的、要求] 1、观察光的干涉现象。 2、利用干涉条纹测量凸透镜的曲率半径。实验原理] [实验原理] 取一曲率很小的平凸透镜A、将其凸面放在一片平玻璃B上，则在玻璃面之间就形成一个很薄的近似劈尖的空气层（如图一（a）所示）,当有平行光垂直射入平凸透镜时,则在空气层的上下两表面所反射的光线就会发生干涉,空气层厚度相等的地方出现一条干涉条纹．其干涉条纹的整个图样是：以接触点O为圆心的许多同心圆环,中心O为一暗点,愈向四周,条纹间的距离也逐渐变窄.这样的等厚干涉条纹称为牛顿环.(如图一(b)所示)．

牛顿环实验报告.ppt

数据记录和处理
牛顿环数据记录表
单位：mm
次数 1 2 3 4 5 6 C15 C5 C’15 C’5 D15 D5
注意事项
1.调节显微镜的焦距时，应使物镜筒从待测物移开，使物镜筒自下而上地调节。严禁将镜筒反向调节，以免碰伤和损坏物镜和待测物。
2.在整个测量过程中，十字叉丝中的一条线必须与主尺平行，十字叉丝的走向应与待测物的两个位置连线平行，同时不要将待测物移动。 3.测量中的测微鼓轮只能向一个方向转动，以防因螺纹中的空程而引起的误差。
轮船正招式成商立局，标志着中国新式航运业的诞生。
(2)1900年前后，民间兴办的各种轮船航运公司近百家，几乎都是
在列强排挤中艰难求生。
2．航空
(1)起步：1918年，附设在福建马尾造船厂的海军飞机工程处开始
研制。
(2)发展水：上1飞918机年，北洋政府在交通部下设“
”；此后十年间，航空事业获得较快发展。
2．特点 (1)近代中国交通业逐渐开始近代化的进程，铁路、水运和航空都获得了一定程度的发展。 (2)近代中国交通业受到西方列强的控制和操纵。 (3)地域之间的发展不平衡。 3．影响 (1)积极影响：促进了经济发展，改变了人们的出行方式，一定程度上转变了人们的思想观念；加强了中国与世界各地的联系，丰富了人们的生活。 (2)消极影响：有利于西方列强的政治侵略和经济掠夺。
1．李鸿章1872年在上海创办轮船招商局，“前10年盈和，成
为长江上重要商局，招商局和英商太古、怡和三家呈鼎立
之势”。这说明该企业的创办
()
A．打破了外商对中国航运业的垄断
B．阻止了外国对中国的经济侵略
C．标志着中国近代化的起步
D．使李鸿章转变为民族资本家

实验八牛顿环与劈尖干涉课件

19
❖ 3．注意事项 ❖ (1)牛顿环的干涉环两侧的环序数不要数错． ❖ (2)防止实验装置受震引起干涉环纹的变化． ❖ (3)防止移测显微镜的“回程误差”移测时必须向同
一方向旋转显微镜驱动丝杆的转盘，不许倒转． ❖ (4)由于牛顿环的干涉条纹有一定的粗细度，为了
准确测量干涉环的直径，可采用目镜瞄准用直线与圆心两侧的干涉环圆弧分别内切、外切的方法以消除干涉环粗细度的影响．
❖
(8—7)
13
❖ 实验内容 ❖ 1．利用牛顿环测定平凸透镜的曲率半径 ❖ (1)借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环
仪，调节框上的螺旋H使牛顿耳呈圆形，并位于透镜的中心，但要注意螺旋不可旋得过紧．
14
❖ (2)将仪器按图所示安装好，直接使用单色扩展光源钠灯照明．由光源S发出的光经玻璃片 G反射后，垂直进入牛顿环仪，再经牛顿环仪反射进入移测显微镜M．调节玻璃片G的高低及倾斜角度，使显微镜视场中能观察到黄色明亮的视场．
纹．
11
❖当
❖
(k：0，1，2，…)
❖ 时，为干涉暗条纹．与k级暗条纹对应的薄膜厚度为
❖
(8—6)
❖
12
❖ 由于k值一般较大，为了避免数错，在实验中
可先测出某长度内的干涉暗条纹的间隔数 x，则单位长度内的干涉条纹数为．若棱边与细丝的距离为L，则细丝处出现的暗条纹的级数为k=nL，可得细丝的直径为
❖
20
10
❖ 2．劈尖干涉
❖ 将两块平板玻璃叠放在一起，一端用细丝( 或薄片)将其隔开，则形成一劈尖形空气薄层
．若用单色平行光垂直入射，在空气劈尖的
上下表面反射的两束光将发生干涉，其光程
差
(为空气膜厚度)．因为空气劈

牛顿环干涉现象

牛顿环干涉现象
牛顿环干涉简介
干涉现象是光的波动说的有力证据之一。

太阳光照射在肥皂泡或水面上的油膜时，呈现出的彩色条纹，就是光的干涉现象。

要产生干涉，两束光必须满足相干条件：频率相同、振动方向相同、相位差恒定。

实验中获得相干光的方法一般有两种：分波阵面法和分振幅法。

等厚干涉属于分振幅法。

17世纪初，物理学家牛顿在制作天文望远镜时，偶然发现将一曲率半径大的凸透镜放在平面玻璃上时，其接触点出现明暗相间圆环花样，这是光的干涉现象，这种光学现象被称为“牛顿环”。

由于牛顿是坚持光的微粒学说，未能对此作出解释。

牛顿环的干涉应用材料的球面度，平整度及光洁度的检验。

牛顿环干涉的基本原理
牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸面放在一块光学玻璃平板（平镜）上构成的。

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，他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，称为牛顿环。

同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此他属于等厚干涉。

牛顿环干涉基本原理

牛顿环干涉基本原理今天咱们来唠唠牛顿环干涉这个超有趣的物理现象的基本原理呀。

牛顿环干涉呢，就像是一场微观世界里的奇妙光影秀。

想象一下，有两块玻璃片，一块是平的，另一块是凸面的，就像一个小鼓包似的。

把这两块玻璃片轻轻压在一起，在它们中间就会形成一层很薄很薄的空气层。

这个空气层就像是一个特别的舞台，光就在这个舞台上开始表演啦。

当光线照到这个玻璃组合上的时候呢，一部分光会从上面那块玻璃的下表面反射回来，另一部分光呢，就会穿过空气层，再从下面那块玻璃的上表面反射回来。

这两束反射光就像是两个调皮的小精灵，它们会相遇，然后就开始互相“捣乱”啦。

不过这个捣乱可不是真的坏事哦，而是产生了干涉现象。

为啥会干涉呢？这就和光的波动性有关啦。

光啊，就像水波一样，有波峰和波谷。

当这两束反射光相遇的时候，如果一个光的波峰和另一个光的波峰碰到一起，那就会叠加起来，变得更亮，这就叫做相长干涉。

就像两个好朋友手拉手，力量更大啦。

可是呢，如果一个光的波峰和另一个光的波谷碰到一起，那就会互相抵消，变得很暗，这就是相消干涉。

就像两个小冤家，互相扯后腿呢。

那牛顿环的这个环是怎么来的呢？因为这个空气层的厚度啊，是从中间向外面逐渐变化的。

在空气层厚度刚好让两束光产生相长干涉的地方呢，就会看起来很亮，形成一个亮环。

而在空气层厚度让两束光产生相消干涉的地方呢，就会看起来很暗，形成一个暗环。

这些亮环和暗环就组成了牛顿环啦。

从中间往外看，这些环是一个挨着一个的，就像一个个同心的小圈圈。

而且哦，这些环的间距还不是一样的呢。

越往外，环的间距就越小。

这就像是一个神秘的密码，其实是和空气层厚度的变化规律有关的。

牛顿环干涉这个现象啊，可不仅仅是好玩好看哦。

它在很多地方都特别有用呢。

比如说在测量一些微小的长度或者厚度的时候，就可以利用牛顿环。

因为这个环的半径啊，和空气层的厚度是有一定关系的。

科学家们就可以根据这个关系，通过测量牛顿环的半径，来算出空气层的厚度，甚至可以测量出一些微观物体的尺寸呢。