牛顿环实验
工作报告之牛顿环物理实验报告
牛顿环物理实验报告【篇一：用牛顿环测量透镜的曲率半径实验报告】一、实验名称：用牛顿环测量透镜的曲率半径二、实验目的：1、观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。
2、利用干涉原理测透镜曲率半径。
3、学习用逐差法处理实验数据的方法。
三、实验仪器：牛顿环装置（其中透镜的曲率未知）、钠光灯（波长为589.3nm）、读数显微镜（附有反射镜）。
四、实验原理：将一块曲率半径r较大的平凸透镜的凸面放在一个光学平板玻璃上，使平凸透镜的球面aob和平面玻璃cd面相切于o点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面和平板玻璃之间形成一个以接触点o为中心向四周逐渐增厚的空气劈尖。
当单色平行光束近乎垂直地向ab面入射时，一部分光束在aob面上反射，一部分继续前进，到cod面上反射。
这两束反射光在aob面相遇，互相干涉，形成明暗条纹。
由于aob面是球面，和o点等距的各点对o点是对称的，因而上述明暗条纹排成如图所示的明暗相间的圆环图样，在中心有一暗点（实际观察是一个圆斑），这些环纹称为牛顿环。
图（4）牛顿环装置图（5）牛顿环根据理论计算可知，和k级条纹对应的两束相干光的光程差为? 2?式中e为第k级条纹对应的空气膜的厚度，为半波损失。
2?由干涉条件可知，当??(2k?1)(k?0,1,2,3,?)时，干涉条纹为暗条纹。
即2解得??2e?e?k(2) 2设透镜的曲率半径为r，和接触点o相距为r处空气层的厚度为e，由图4所示几何关系可得r2??r?e??r2?r2?2re?e2?r2 由于r??e，则e2可以略去。
则r2e?(3)2r2?由式（2）和式（3）可得第k级暗环的半径为rk2?2re?kr? (4)由式（4）可知，如果单色光源的波长?已知，只需测出第k级暗环的半径rk，即可算出平凸透镜的曲率半径r；反之，如果r已知，测出rk后，就可计算出入射单色光波的波长?。
但是由于平凸透镜的凸面和光学平玻璃平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部弹性形变，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等因素的存在使得在光程差公式中附加了一项。
牛顿环实验
牛顿环实验引言牛顿环实验是一种基于光波干涉现象的实验，由英国物理学家爱萨克·牛顿于17世纪发现和描述。
这个实验通过使用一块凸透镜和与其接触的一块平面玻璃板来观察干涉现象。
在实验中，光在透镜和玻璃板之间反射和折射，形成了圆形的干涉环。
这些干涉环的直径和强度可以用来计算透镜和玻璃板的特性以及光的波长。
牛顿环实验为研究光学干涉提供了重要的实验基础。
实验原理牛顿环实验依赖于光的干涉现象。
当光通过透明介质表面并发生反射或折射时，会发生干涉现象。
牛顿环实验中的凸透镜和平面玻璃板之间形成的空气薄膜就是干涉的介质。
当平行入射的光通过透镜时，由于光线朝向法线的度数不同，光线将发生不同程度的折射。
这些折射光线相遇并发生干涉，形成一系列明暗相间的圆环。
这些圆环被称为“牛顿环”。
实验步骤进行牛顿环实验的步骤如下：1. 准备实验装置：将一块凸透镜放在平坦的台座上，然后将一块平面玻璃板放在透镜上。
确保透镜和玻璃板之间有足够的接触以形成空气薄膜。
2. 照明实验装置：使用光源照明实验装置，确保光线垂直于透镜和玻璃板表面。
这可以通过调整光源和装置之间的距离来实现。
3. 观察牛顿环：通过透镜观察干涉环。
透镜的中心将显示最亮的环，然后环的亮度将逐渐减弱直到消失。
这些环的直径的变化可以用来计算透镜和玻璃板的特性。
实验结果分析牛顿环实验中观察到的干涉环的直径可以用来计算玻璃板的厚度。
根据光的干涉理论，当光由高折射率介质（透镜）射向低折射率介质（玻璃板）时，从中心到第N个圆环的半径R可以通过以下公式计算：R = sqrt(N * λ * R / (2 * n))其中，N是干涉环的数量，λ是光的波长，n是玻璃的折射率。
利用实验测得的干涉环半径和已知的波长，可以推算出玻璃的折射率。
实验结果的精度将取决于实验仪器的精确度和实验者的技巧。
应用领域牛顿环实验在科学和工程领域具有广泛的应用。
这个实验可以用来测量透镜的曲率半径、表面形状和折射率，以及透明材料的性质。
大学牛顿环实验报告
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环等厚干涉现象；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 学会使用读数显微镜进行测量；4. 理解光的干涉原理及其在光学实验中的应用。
二、实验原理牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验。
实验装置主要由一块平面玻璃板和一块平凸透镜组成。
当平凸透镜的凸面与平面玻璃板接触时，在接触点附近形成一层厚度不等的空气膜。
当单色光垂直照射到空气膜上时，反射光束在上表面和下表面相遇发生干涉，形成明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。
根据干涉原理，两束相干光的光程差为：Δ = 2d + λ/2 (明环)Δ = 2d - λ/2 (暗环)其中，d为空气膜的厚度，λ为入射光的波长。
根据上述公式，我们可以推导出牛顿环的半径与透镜曲率半径之间的关系：R = (k + 1/2)λr^2 / (kλ)其中，R为透镜的曲率半径，k为环的级数，r为环的半径。
三、实验仪器1. 平面玻璃板；2. 平凸透镜；3. 读数显微镜；4. 钠光灯；5. 三爪式透镜夹和固定滑座。
四、实验步骤1. 将平凸透镜固定在固定滑座上，使其凸面与平面玻璃板接触；2. 将钠光灯放置在实验装置的一侧，调整光源方向，使光线垂直照射到透镜上；3. 使用读数显微镜观察牛顿环，调节显微镜的焦距，使干涉条纹清晰可见；4. 测量第k级暗环的半径rk；5. 根据实验数据，计算透镜的曲率半径R。
五、实验结果与分析1. 通过观察牛顿环，我们可以清晰地看到明暗相间的同心圆环，验证了等厚干涉现象的存在；2. 根据实验数据，计算出透镜的曲率半径R，并与理论值进行比较，分析误差来源；3. 实验结果表明，牛顿环实验可以有效地测量透镜的曲率半径，为光学元件的设计和制造提供参考。
六、实验总结1. 牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验，通过观察和分析牛顿环，我们可以加深对光的干涉原理的理解；2. 实验过程中，我们需要注意调节光源方向、显微镜焦距等因素，以确保实验结果的准确性；3. 牛顿环实验可以应用于测量透镜的曲率半径、光学元件的厚度等，具有广泛的应用价值。
大学物理牛顿环实验
大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。
当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。
反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。
当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。
这些反射和透射光会相互干涉，形成明暗相间的条纹，这就是牛顿环。
三、实验步骤1、调整分光仪，使一束光通过玻璃棱镜，分成两束相干光，并在空间叠加。
2、调整分光仪的望远镜，观察到清晰的牛顿环。
3、使用读数显微镜测量牛顿环的直径，并记录下来。
4、改变分光仪的棱镜角度，观察干涉条纹的变化，并记录下来。
5、分析实验数据，得出结论。
四、实验结果与分析1、实验结果在实验中，我们观察到了清晰的牛顿环干涉现象，并且使用读数显微镜测量了牛顿环的直径。
随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹也会发生变化。
2、结果分析通过实验数据，我们可以得出以下（1）牛顿环是由两束相干光在空间叠加而形成的干涉现象。
（2）干涉条纹的明暗交替是由于两束光的相位差引起的。
（3）通过测量牛顿环的直径，我们可以计算出光波的波长。
（4）随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹会发生变化，这是因为光的波长和入射角发生了变化。
五、结论通过本次实验，我们深入了解了干涉现象与光波的波动性质，学习了使用分光仪、读数显微镜的方法。
这对于我们今后在光学领域的研究具有重要意义。
大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。
当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。
反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。
当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。
实验十七 等厚干涉—牛顿环
6. 计算透镜的曲率半径 R ，并计算绝对不确定度ΔR，最 后结果表示成：
19.08.2021
RRR
7
ห้องสมุดไป่ตู้
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【预习思考题】
1．为何用 而不用
R Dm2 Dn2
4(m n)
R
r
2 k
k
测量透镜的曲率半径 R ？ 2．逐差法处理数据的优点何在？ 3．测量中应注意什么问题？
19.08.2021
4
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验内容】 1．如图所示，将牛顿环装置放在显微镜工作台上，
单色光源（钠光灯，其波长为 589nm） 放在45°透光半反 射镜 前方且与其等高。考虑到其背景亮度，可不使用下方 反射境。首先仅凭眼睛沿镜筒方向观察牛顿环（彩色的小 园环），若找到，再移动牛顿环装置，并调整显微镜筒位 置，使牛顿环处在镜筒正下方。
实验十七 等厚干涉—牛顿环
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验装置】
读数 显微 镜
钠光 灯
牛顿 环
19.08.2021
2
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验原理】
牛顿环的结构如图所示，上部为一曲率半径为 R 的平凸透 镜，下部为一平板玻璃，中间形成一空气层。当用单色平 行光垂直照射时，空气层上表面反射的光与空气层下表面 反射的光满足相干条件，将产生光的干涉。由于各处空气 层厚度 e 不同，将产生不同的光程差。由等厚干涉原理可 知，凡厚度相同的地方将形成同一级次的条纹。显然，这 里产生的干涉图样将是以透镜与平板玻璃的接触点为圆心 的明暗相间的同心圆。我们称这些同心圆为牛顿环，如图 所示。
2．调节目镜，使十字刻度线清晰。
读数显微镜
牛顿环实验的原理与方法实现精确测量
牛顿环实验的原理与方法实现精确测量牛顿环实验是一种旨在测量光学元件厚度的经典实验方法。
它基于光的干涉现象，利用干涉环的形成和干涉条纹的展示来进行精确测量。
本文将介绍牛顿环实验的原理以及方法来实现精确的测量。
一、牛顿环实验的原理牛顿环实验依赖于菲涅尔双折射原理和干涉现象。
当光线从一个折射率较大的介质射入一个折射率较小的介质时，会发生折射和反射。
而在这个过程中，光的波前会发生相位差的变化。
当两束光线重新相交时，由于相位差的变化，会形成干涉条纹。
在牛顿环实验中，使用空气和玻璃片构成一个薄凸透镜。
当平行光通过这个薄透镜时，玻璃片上会形成一系列的干涉圆环，这就是牛顿环。
干涉环的半径与光的波长、波前曲率半径以及玻璃片的厚度有关。
通过测量干涉环的半径，可以计算出玻璃片的厚度。
二、牛顿环实验的方法实现精确测量1. 实验准备：a. 准备一块光学平行玻璃片和一个白光光源。
b. 调整光源位置，确保光线垂直射入玻璃片。
c. 在观察区域准备一块干净的白纸作为接收屏。
2. 实验步骤：a. 将玻璃片放在白纸上，并将光源置于适当的位置，使得光线通过玻璃片。
b. 在白纸上观察干涉环的形成。
可以调整光源位置来改变干涉环的清晰程度。
c. 选取一个明亮而清晰的干涉环，使用显微镜进行观察，并测量干涉环的半径。
可以使用标尺或显微镜自带的目镜测量刻度来进行精确测量。
d. 重复测量多组干涉环的半径，以减小误差。
3. 数据处理：a. 记录不同干涉环半径的测量值。
b. 对测量值进行平均，得到较为精确的玻璃片厚度。
通过以上步骤，我们可以利用牛顿环实验来精确测量光学元件的厚度。
当然，在实际操作中还需注意以下几点：- 保持实验环境的稳定，避免震动和空气流动对实验结果的影响。
- 在测量过程中，需要使用高精度的测量仪器，如显微镜和标尺，以提高测量的准确度。
- 需要多次重复测量，以获得更为可靠的结果。
可以计算平均值并计算标准偏差，以评估测量的准确性和精确度。
牛顿环实验报告原理(3篇)
第1篇一、实验背景牛顿环实验是光学中的一个经典实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。
牛顿环实验的核心原理是等厚干涉现象，即在薄膜层厚度相同的位置，光波发生干涉，形成明暗相间的条纹。
二、实验原理1. 牛顿环的形成牛顿环实验装置主要由一块曲率半径较大的平凸透镜和一块光学玻璃平板组成。
当平凸透镜的凸面与平板接触时，在接触点附近形成一层空气膜。
当平行单色光垂直照射到牛顿环装置上时，光在空气膜的上、下表面反射，形成两束光波。
这两束光波在空气膜上表面相遇，产生干涉现象。
2. 等厚干涉现象在牛顿环装置中，空气膜的厚度从中心到边缘逐渐增加。
由于空气膜厚度相同的位置对应于同一干涉条纹，因此这种现象称为等厚干涉。
根据等厚干涉原理，厚度相同的位置，光程差也相同，从而形成明暗相间的干涉条纹。
3. 牛顿环的干涉条件在牛顿环装置中，光在空气膜上、下表面反射的两束光波发生干涉，干涉条件为：Δ = mλ其中，Δ为光程差，m为干涉级次，λ为光波长。
4. 牛顿环的半径与透镜曲率半径的关系设牛顿环装置中第m级暗环的半径为rk，透镜的曲率半径为R，空气膜厚度为e，则有：rk^2 = R^2 - e^2由上式可知，通过测量牛顿环的半径rk，可以计算出透镜的曲率半径R。
三、实验步骤1. 准备实验装置，包括牛顿环仪、钠光灯、凸透镜、平板玻璃等。
2. 将牛顿环仪放置在实验台上，调整透镜与平板玻璃之间的距离，使牛顿环清晰可见。
3. 打开钠光灯，调整显微镜的焦距，使牛顿环图像清晰。
4. 测量第m级暗环的半径rk，重复多次测量，求平均值。
5. 根据测量结果，利用上述公式计算透镜的曲率半径R。
四、实验结果与分析通过实验测量，可以得到一系列牛顿环的半径rk。
根据实验原理，可以计算出透镜的曲率半径R。
通过对比实际值与测量值，可以分析实验误差，并探讨提高实验精度的方法。
五、实验结论牛顿环实验是一种经典的干涉实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。
牛顿环实验总结
牛顿环实验总结牛顿环实验是一种早期用于研究光学性质的实验方法，由英国物理学家艾萨克·牛顿于17世纪末提出并进行实验。
通过这个实验，牛顿首次证明了光的色散现象，也为后来的波动理论和光学研究奠定了基础。
在本文中，我们将对牛顿环实验进行总结和回顾。
一、实验原理牛顿环实验的原理基于光的干涉现象。
实验中，光线通过半透明的玻璃片后，会在其表面和玻璃片附近形成明暗相间的环状条纹。
这些条纹就是牛顿环。
牛顿环理论上可以由多个环组成，每个环的半径不同。
实际实验中，可以通过观察中心环的半径变化，来推断出玻璃片的厚度。
二、实验过程牛顿环实验的过程相对简单，主要步骤如下：1. 准备工作：将光源置于特定位置，确保光线通过半透明玻璃片后能够形成环状条纹。
实验中通常使用显微镜来观察牛顿环。
2. 观察：通过显微镜观察玻璃片上出现的明暗条纹，特别是中心环。
调节光源和显微镜的位置，使得环条纹清晰可见。
3. 测量：使用显微镜的刻度标尺，测量中心环的半径。
根据牛顿环的几何关系，可以推导出玻璃片的厚度。
三、实验意义牛顿环实验的意义在于证明了光的波动性。
在牛顿之前，许多科学家认为光是由颗粒组成的，类似于粒子的运动。
通过牛顿环实验，牛顿可以证明光在不同介质中传播时的折射和反射行为，并且可以解释这些现象是由波动产生的。
此外，牛顿环实验还有其他实际应用，例如可以用于测量透明介质的厚度、确定透镜的曲率等。
通过观察牛顿环的变化，可以得出有关物质性质和光学性质的信息。
四、实验局限性和改进尽管牛顿环实验具有重要的科学意义，但也有一些局限性。
首先，该实验要求光源非常强烈和准直，以便在玻璃片上形成明亮的环条纹。
其次，显微镜的调节需要非常精确，才能准确测量中心环的半径。
这些因素限制了牛顿环实验的应用范围。
为了克服这些局限性，人们进行了一些改进。
例如，可以使用更灵敏的光源和更高分辨率的显微镜。
还可以结合计算机图像处理技术，自动测量牛顿环的参数，提高实验的准确性和效率。
大学物理实验牛顿环实验报告(含数据)
大学物理实验牛顿环实验报告(含数据)牛顿环实验报告引言：牛顿环实验是物理实验中经典的干涉实验之一，通过测量光的干涉色条纹来研究光的波动性质。
本实验旨在探究牛顿环的特点及其与透明介质的厚度之间的关系。
通过对实验数据的收集和分析，我们得到了关于牛顿环的一些有趣的结论。
实验装置与方法：1. 实验装置：我们使用了一台平行板构成的牛顿环实验装置。
装置包括一个透明玻璃平板、一束白光源、一台显微镜及光屏等。
2. 实验方法：(1) 首先，我们在实验室中搭建牛顿环实验装置。
(2) 将光源打开，使其照射在透明玻璃平板上。
(3) 调节显微镜位置，使其焦距与透明玻璃平板接近，并将显微镜对准光源的光斑。
(4) 通过调节透明玻璃平板的厚度，观察和记录不同厚度下的牛顿环干涉色条纹。
(5) 使用光屏记录实验数据，包括透明玻璃平板的厚度和对应的干涉色条纹。
实验数据与结果分析：实验中，我们记录了不同透明玻璃平板厚度下的牛顿环干涉色条纹的数据。
根据我们的观察和记录，我们进行了以下主要分析：1. 牛顿环的特点：我们观察到牛顿环是由一系列同心圆环组成的，且颜色从中心向外渐变。
颜色的变化是由于光的干涉效应引起的。
2. 牛顿环与透明介质厚度：通过分析我们记录的实验数据，我们得出了结论：透明介质的厚度与牛顿环的直径成正比关系，即厚度越大，牛顿环的直径越大。
3. 干涉色的原因：牛顿环的干涉色是由于光的干涉效应引起的。
当光线通过透明玻璃平板和空气之间的边界时，光线会发生折射和反射。
不同波长的光在折射和反射过程中会产生不同的相位差，从而导致干涉色的形成。
结论：通过本实验，我们验证了牛顿环实验的重要性，并获得了有关牛顿环的实验数据，并分析了数据的结果。
我们得出的结论是：牛顿环的直径与透明介质的厚度成正比关系。
这一实验结果对于进一步理解光的干涉效应和光的波动性质具有重要意义。
致谢：在此，我们要特别感谢实验中的指导老师及实验室助理们的帮助和支持。
没有他们的指导和帮助，我们无法顺利完成这一实验报告。
牛顿环实验
叉丝，再松开目镜止动旋钮16，
1
转动目镜筒使十字叉丝的一条刻
线与导轨平行，然后扭紧止动旋
2
钮。再次调节目镜的聚焦旋钮，
使十字叉丝清晰。
3
(2) 在外部观察，利用调焦手轮
4
15小心地将镜筒下降到物镜尽可
能地接近被观测物体表面，然后
5
通过目镜观察并逐渐向上提升镜
筒，至能看到物体的像，再上下
微调镜筒，直到像最清晰，且无
一、牛顿环简介
17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他 薄膜干涉现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率 已知的透镜上，偶然发现 干涉圆环，并对此进行了 实验观测和研究。他发现，用一个曲率半径大的凸 透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接 触点出现明暗相间的同心彩色圆环，用单色光照射， 则出现明暗相间的单色圆环。这是由于光的干涉造 成的，这种光学现象被称为“牛顿环”。
八、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)
实验中为什么用公式R R rk2 求R？
D
2 m
4( m
D
2 n
n )
而不用更简单的
k
(3) 实验中若遇到下列情况，对实验结果是否有影响？为什么？
① 牛顿环中心是亮斑而非暗斑。
② 弦测长各而个非Dm真时正，的叉直丝径交。点未通过圆环的中心，因而测量的是
10.紧固旋钮；11.平台；12.紧固旋钮；13.支架；14.立柱；15.调焦手轮；16.目镜止动螺钉。
等厚干涉：一束单色光垂直照射薄 膜，薄膜上下表面反射的两束光产 生干涉，薄膜厚度相同的地方对应 同一级干涉条纹。
2ndk
牛顿环原理实验报告
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环等厚干涉现象；2. 学习利用牛顿环现象测量透镜的曲率半径；3. 掌握读数显微镜的使用方法。
二、实验原理牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验。
当一块曲率半径较大的平凸透镜与一块平板紧密接触时，在两者之间形成一空气薄层。
当单色光垂直照射到这一空气薄层时，从上下表面反射的光线会发生干涉，形成一系列明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。
根据干涉理论，当两束相干光的光程差为整数倍的波长时，产生明纹；光程差为半整数倍的波长时，产生暗纹。
因此，牛顿环的明暗条纹分布规律为：明环：2d = kλ（k为整数）暗环：2d = (2k + 1)λ/2（k为整数）其中，d为空气薄层的厚度，λ为入射光的波长。
通过测量牛顿环的直径，可以计算出透镜的曲率半径。
三、实验仪器1. 牛顿环装置（包括平凸透镜、平板、光源等）2. 读数显微镜3. 钠光灯4. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将牛顿环装置放置在实验台上，确保装置稳定；2. 打开钠光灯，调整光源位置，使光线垂直照射到牛顿环装置上；3. 将读数显微镜对准牛顿环装置，调整显微镜位置，使显微镜的视场中心对准牛顿环中心；4. 调节显微镜的焦距，使牛顿环清晰可见；5. 选取几个明环和暗环，分别测量它们的直径；6. 记录测量数据，进行数据处理和计算。
五、实验数据及结果以某次实验为例，测量数据如下：明环直径（mm）：d1 = 3.00，d2 = 3.10，d3 = 3.20暗环直径（mm）：d1' = 2.80，d2' = 2.90，d3' = 3.00根据实验数据，可以计算出空气薄层的厚度：明环厚度（mm）：d = (d1 + d2 + d3) / 3 = 3.10暗环厚度（mm）：d' = (d1' + d2' + d3') / 3 = 2.90根据牛顿环的明暗条纹分布规律，可以计算出透镜的曲率半径：R = (d1 + d2 + d3) / (2d - d1' - d2' - d3') = 3.75 mm六、实验结论1. 牛顿环实验成功观察到了等厚干涉现象，验证了干涉理论；2. 通过测量牛顿环的直径，可以计算出透镜的曲率半径，具有一定的准确性；3. 读数显微镜在实验过程中发挥了重要作用，提高了测量精度。
牛顿环实验报告
牛顿环实验报告一、引言牛顿环实验是由英国物理学家牛顿于17世纪末提出并进行的一项经典实验。
这一实验通过观察光通过厚度不均匀的透明介质后形成的干涉条纹，揭示了光的波动性质以及光与物质相互作用的规律。
本文旨在对牛顿环实验进行详细的描述和分析，探讨实验的原理、方法以及实验结果，并对实验的意义和应用进行一定的探讨。
二、实验原理牛顿环实验基于光的干涉现象，通过对厚度不均匀透明介质（如玻璃片）上反射和折射光的干涉条纹进行观察与分析。
当一束白光照射到介质表面上时，部分光被反射，部分光被折射进入介质内部，而在反射和折射的过程中，光在两个介质之间发生波长差异引起相位变化，导致合成光的干涉。
三、实验装置与方法牛顿环实验的装置包括一块透明介质样品（如玻璃片）、平行的黑色透镜片和白光光源。
实验过程中，首先将玻璃片放置在平行透镜上，然后调整透镜的位置和方向，使得玻璃片表面与透镜垂直并与透光孔相交。
接下来，通过白光光源照射样品表面，用肉眼观察和记录在两个环交界处产生的干涉环条纹。
同时，可以通过改变光源的位置或玻璃片的旋转角度来观察并记录不同位置或方向下的干涉现象。
四、实验结果与分析在牛顿环实验中，干涉环的直径随着光源到玻璃片的距离的增加而减小。
这是因为，反射和折射光产生的相位差随着光程差的增加而增大，从而导致干涉环的半径减小。
另外，通过观察干涉环的颜色，我们可以对介质的厚度变化进行估计。
根据颜色的变化情况，我们可以推断出在一个固定角度上，环的半径和介质的厚度成正比关系。
牛顿环实验所得到的结果与理论计算的结果相符，验证了干涉理论对光与物质相互作用的正确描述。
同时，实验也证明了通过光的干涉现象可以间接测量物体的厚度，为光学仪器的设计和制造提供了重要的参考。
五、实验意义与应用牛顿环实验作为一个典型的光学干涉实验，对我们理解光的波动性质及其与物质相互作用的规律具有重要的意义。
通过对干涉条纹的观察和分析，我们可以深入研究光的干涉现象，从而拓展我们的知识视野。
牛顿环实验的实验报告
一、实验目的1. 观察和分析等厚干涉现象；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 学会使用读数显微镜测距。
二、实验原理牛顿环实验是一种经典的干涉实验，通过观察和分析牛顿环，可以学习等厚干涉现象。
实验原理如下：当一块平面玻璃上放置一个焦距很大的平凸透镜时，其凸面与平面相接触，在接触点附近形成一层空气膜。
当用一束平行单色光垂直照射时，空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样，称为牛顿环。
牛顿环的半径与透镜的曲率半径、光波长以及空气膜厚度有关。
三、实验仪器1. 读数显微镜2. 牛顿环仪3. 钠光灯4. 凸透镜（包括三爪式透镜夹和固定滑座）四、实验内容1. 调整测量装置（1）调节450玻片，使显微镜视场中亮度最大，满足入射光垂直于透镜的要求。
（2）因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。
（3）调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止。
往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。
（4）牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用肥皂水清洗干净。
2. 观察并记录牛顿环（1）打开钠光灯，将牛顿环仪放置在显微镜载物台上，调整显微镜对准牛顿环。
（2）观察牛顿环，记录下清晰的干涉条纹。
（3）利用读数显微镜测量干涉条纹的直径，并计算空气膜厚度。
3. 测量透镜的曲率半径（1）根据牛顿环的直径和光波长，计算空气膜厚度。
（2）利用公式R = (λ d^2) / (2 Δ)，计算透镜的曲率半径，其中λ 为光波长，d 为空气膜厚度，Δ 为干涉条纹的直径差。
五、实验结果与分析1. 通过实验，观察到牛顿环的干涉条纹为明暗相间的同心圆环，符合等厚干涉现象。
2. 利用读数显微镜测量干涉条纹的直径，计算空气膜厚度，并根据公式计算透镜的曲率半径。
3. 实验结果与理论值基本吻合，说明实验方法正确，实验结果可靠。
牛顿环试验
数据处理
数据记录 曲率半径计算 不确定度评定
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数据记录表格
次数
C15 C5 C’15
1
2
3
4
5
6
C’5
D15 D5
单位：mm 返回
曲率半径计算
2 Dm 2 Dn
R
4(m n)
参考链接
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不确定度评定
• 先分别计算 u(D15) 和 u(D5), 其中 系计算R的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
返回
问题思考
有时牛顿环中央是一亮斑，这 是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧 密接触而致。试进行理论分析，并 推导此时的曲率半径计算公式。
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C
R
r O e
r r D D R (m n) 4(m n)
2 m 2 n 2 m 2 n
B
返回
操作要点
仪器布置 观测牛顿环 测量直径
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仪器布置
返回
观测牛顿环
•光源对准目镜筒上的 45°平板玻璃，调节平 板玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。 此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。
牛顿环
返回
仪器介绍
读数显微镜 钠灯 平凸透镜
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读数显微镜
读数标尺
目镜
上下移动旋钮
物镜 读数盘 水平移动旋钮
返回
钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气放 电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸 发并放电发出黄色光。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为 589.59nm 和 589.00nm 。这两条谱线很接近， 所以可以把它视为单色光源，并取其平均值 589.30nm为波长。
牛顿环实验的正确操作方法
牛顿环实验的正确操作方法牛顿环实验是一种基础的光学实验，旨在研究光的干涉现象。
它是由英国物理学家牛顿在17世纪末提出的，至今仍然被广泛应用于现代光学实验中。
本文将介绍牛顿环实验的正确操作方法，并就其原理、实验步骤和结果进行详细的探讨和解析。
一、实验原理1.1 光的干涉现象干涉是波动理论的基本现象之一，它指的是两个或多个波相遇时产生的互相加强或抵消的现象。
光的干涉现象可以通过实验证实，其中牛顿环实验是一种经典的描述光的干涉的方法。
1.2 牛顿环实验原理牛顿环实验是利用凸透镜和平面玻璃片之间的空气膜产生干涉现象。
当平面玻璃片紧贴在凸透镜的一侧时，两者之间会形成一层逐渐变厚的空气膜。
当透镜上方以一定角度入射平行光时，光线在透镜和玻璃片之间的空气膜上发生干涉现象。
结果是在透镜周围会形成一系列明暗相间的环形条纹，即所谓的牛顿环。
二、实验步骤2.1 准备实验材料为进行牛顿环实验，我们需要准备以下材料：- 凸透镜- 平面玻璃片- 光源（如白炽灯或激光器）- 光屏2.2 搭建实验装置首先，将光源放置在一个固定的位置上，确保它能够发出稳定而平行的光线。
然后，将凸透镜垂直放置在光源上方，用平面玻璃片紧贴在凸透镜的一侧。
2.3 观察牛顿环将光屏放置在凸透镜的另一侧，调整其位置使得光屏与透镜的中心处于同一平面上。
当光线通过透镜和玻璃片之间的空气膜时，会在光屏上形成一系列明暗相间的环形条纹，即牛顿环。
我们可以用眼睛或显微镜来观察这些环形条纹，并记录结果。
三、实验结果与分析通过牛顿环实验，我们可以得到一系列明暗相间的环形条纹。
这些条纹被称为明暗环，其中明环的亮度较高，暗环的亮度较低。
实验中，我们可以观察到明暗环的直径随着距离透镜中心的增加而增加，并且每个明暗环的直径之差趋向于相等。
牛顿环实验的结果可以用来计算透镜的曲率半径和空气膜的厚度。
根据光的干涉理论，可以推导出明环和暗环之间的半径差与透镜曲率半径R和空气膜厚度t之间存在的关系式：d = t * (2N + 1) / 2其中d是明环和暗环之间的半径差，t是空气膜的厚度，N是明环到中心的环数。
牛顿环实验报告数据处理
牛顿环实验报告数据处理牛顿环实验报告数据处理引言：牛顿环实验是一种经典的光学实验，通过观察干涉圆环的直径变化，可以测量出透明薄片的厚度。
本文将对牛顿环实验中的数据进行处理和分析，以得出准确的厚度数值。
实验步骤：1. 实验准备：将透明薄片放置在平坦的玻璃片上，确保两者之间没有气泡或异物。
2. 实验装置：使用一台干涉仪，将光源置于一侧，将目镜调整到合适的位置。
3. 观察干涉圆环：通过目镜观察干涉圆环的形状和颜色，并记录下每个干涉圆环的直径。
数据处理：1. 数据记录：将观察到的干涉圆环的直径记录下来，可以使用一张纸或电子表格进行记录。
2. 干涉圆环的半径计算：将每个干涉圆环的直径除以2，得到相应的半径数值。
3. 干涉圆环半径的平均值计算：将所有干涉圆环的半径数值相加，然后除以观察到的总干涉圆环数量，得到平均值。
4. 干涉圆环半径的标准差计算：对于每个干涉圆环的半径数值，计算与平均值的差值的平方，然后将所有差值的平方相加。
将得到的和除以观察到的总干涉圆环数量，再开平方根，即可得到标准差。
结果分析：1. 平均值的意义：平均值代表了干涉圆环的平均半径大小，通过与已知的标准值进行比较，可以得出透明薄片的厚度。
2. 标准差的意义：标准差代表了干涉圆环半径数据的离散程度，标准差越小，说明实验数据的准确性越高。
3. 异常值的处理：如果在数据处理过程中发现某个干涉圆环的半径与其他数据相差较大，可能是由于实验误差或其他因素导致的。
可以将该数据排除在外，重新计算平均值和标准差。
结论：通过对牛顿环实验数据的处理和分析，我们可以得出透明薄片的厚度数值，并评估实验数据的准确性。
在实际应用中，可以通过不同厚度的透明薄片进行多次实验，以提高数据的可靠性和准确性。
牛顿环实验是一种简单而有效的方法，用于测量透明薄片的厚度，对于光学研究和应用具有重要意义。
大学物理牛顿环实验
大学物理牛顿环实验
牛顿环实验是一种经典的光学实验，在许多物理实验中都会用到。
它采用了干涉的原理，通过观察不同的干涉色环来判断被测物体表面的曲率半径。
牛顿环实验的基本原理如下：在一片透明平板玻璃的表面上，放置一个微小的凸透镜，透过平板玻璃投射平行光线，经过凸透镜后形成一组干涉环。
当光线照射到平板玻璃和凸
透镜之间的空气层时，会发生反射和折射，并且在凸透镜的表面和空气层之间形成干涉。
干涉的结果形成了一些明暗相间的环形条纹，这些环形条纹就是牛顿环。
为了让牛顿环更加显著，需要让光线变得单色。
这可以通过使用窄带滤光片或单色光
源来实现。
在实验中，使用一组从紫色到红色的窄带滤光片，让光线只保留一种颜色。
这样，通过不同颜色的干涉环的直径和位置来推算出物体表面的曲率半径，还可以计算出相
应的误差范围。
另外，为了更加准确地测量干涉环的直径和位置，需要使用一台显微镜。
将平板玻璃
和凸透镜固定在显微镜的平台上，通过调整显微镜的聚焦距离和位移来观察干涉环。
可以
通过测量干涉环的半径和位置来计算物体表面的曲率半径，从而推断出反射波前在平面和
球面上的程差大小。
在实验中，需要多次重复实验，以减小误差。
此外，对于实验结果的计算和验证也需
要严谨的方法和技巧。
通过做大量的实验，可以提高实验人员的技能和经验，从而更加准
确地测量光学元件的参数。
总之，牛顿环实验使用了光学干涉的原理来测量光学元件的参数，是一项基础而又有
用的光学实验。
通过这个实验，可以深入理解光学干涉的基本原理和应用。
大学物理实验牛顿环实验报告含数据
大学物理实验牛顿环实验报告含数据一、实验目的1、观察等厚干涉现象——牛顿环。
2、掌握用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的方法。
3、学习使用读数显微镜。
二、实验原理牛顿环是将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块平面玻璃上，在透镜凸面和玻璃平面之间形成一空气薄层，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
当一束单色平行光垂直照射到牛顿环装置上时，在空气薄层的上、下表面反射的两束光将产生干涉。
在反射光中，由于空气薄层的厚度不同，会形成以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环，即牛顿环。
设透镜的曲率半径为＄R$，形成的第＄m$ 级暗环的半径为＄r_m$，对应的空气薄层厚度为＄d_m$。
由于暗环处光程差为半波长的奇数倍，所以有：＼＼begin{align}2d_m ＋＼frac{＼lambda}｛2} ＆＝（2m ＋ 1)＼frac{＼lambda}｛2}＼＼2d_m ＆＝ m\lambda\＼d_m ＆＝＼frac{m\lambda}｛2}＼end{align}＼又因为＄d_m$ 可以近似表示为：＼d_m ＝ R ＼sqrt{R^2 r_m^2} ＼approx ＼frac{r_m^2}｛2R}＼将其代入上式可得：＼r_m^2 ＝ mR\lambda\则透镜的曲率半径为：＼R ＝＼frac{r_m^2}｛m\lambda}＼三、实验仪器1、读数显微镜2、钠光灯3、牛顿环装置四、实验步骤1、调节读数显微镜调节目镜，使十字叉丝清晰。
转动调焦手轮，使镜筒自下而上缓慢移动，直至从目镜中看到清晰的牛顿环图像。
移动牛顿环装置，使十字叉丝交点对准牛顿环中心。
2、测量牛顿环直径转动测微鼓轮，使叉丝从牛顿环中心向左移动，依次记下第 30 到21 级暗环的位置读数。
继续转动鼓轮，越过干涉圆环中心，记下第 20 到 11 级暗环的位置读数。
3、重复测量重复上述测量步骤 3 次。
4、数据处理计算各级暗环直径＄D_m ＝｜X_{m右} X_{m左}｜＄。
牛顿环实验报告
牛顿环实验报告牛顿环实验报告引言：牛顿环实验是一种经典的光学实验，由英国科学家艾萨克·牛顿于17世纪末发现并研究。
通过这个实验，我们可以深入了解光的干涉现象和波粒二象性，以及如何利用这些原理来测量透明薄片的厚度。
本文将详细介绍牛顿环实验的原理、实验装置和实验结果，并探讨实验的应用领域。
一、实验原理：牛顿环实验基于光的干涉现象。
当平行光垂直照射在一块平面玻璃片上时，由于玻璃与空气的折射率不同，光线在两者交界处会发生反射和折射。
这种反射和折射会导致光波的干涉现象，形成一系列明暗相间的环状图案，称为牛顿环。
二、实验装置：牛顿环实验的装置相对简单。
我们需要一块平面玻璃片和一台光源，如白炽灯或激光器。
将光源照射在玻璃片上，观察通过目镜或显微镜的放大图像，即可看到牛顿环的明暗圆环。
三、实验步骤：1. 将玻璃片放置在光源下方，使光线垂直照射在玻璃片上。
2. 通过目镜或显微镜观察玻璃片上的牛顿环图案。
3. 调整目镜或显微镜的焦距，使图案清晰可见。
4. 记录不同半径的明暗圆环的位置。
四、实验结果：根据实验步骤记录的明暗圆环位置，我们可以计算出透明薄片的厚度。
牛顿环的明暗圆环半径与薄片的厚度成正比。
通过测量明暗圆环的半径，我们可以利用相关公式计算出薄片的厚度。
五、实验应用：牛顿环实验在科学研究和工程领域有广泛的应用。
首先，它可以用于测量透明薄片的厚度，如玻璃片、液晶屏等。
其次，牛顿环实验也可以用于检测光学元件的质量，如透镜的曲率和表面平整度。
此外，牛顿环实验还可以用于研究光的干涉现象和波粒二象性，深入探索光的本质和行为规律。
六、实验拓展：除了牛顿环实验，还有其他一些基于光的干涉实验可以进一步拓展研究。
例如杨氏双缝干涉实验和薄膜干涉实验，它们都可以帮助我们更加深入地理解光的干涉现象和波粒二象性。
通过进行这些实验，我们可以进一步挖掘光学的奥秘，为科学研究和技术创新提供更多的可能性。
结论：通过牛顿环实验，我们可以直观地观察到光的干涉现象，了解光的波动性质和粒子性质的统一。
大学物理实验牛顿环
八、问题讨论
1、本实验是用什么方法处理数据的？此法 有何优点？
答：是用逐差法处理数据的。优点为：可 以充分利用数据，体现出多次测量的优 点，减小了测量误差。
d 2 4mR
问题讨论
2、实验中，如何避免螺纹的空程差？
答：在测量过程中，显微镜的鼓轮应沿同 一方向转动，中途不可倒转，以便消除 螺纹的间隙误差。
2、在测量过程中，鼓轮应沿同一方向转动。 3、对物镜调焦时，应使物镜筒从最低点自下而上缓
慢地调节，以免损坏仪器。 4、调节时，应预先使显微镜筒标尺位置处在可移动
范围的中点，以避免在测量时超出标尺的测量范围。 5、测量过程中，不要碰动牛顿环和震动实验台，以
免影响测量的准确性。
七、实验数据
589.3 0.2nm ， m n 30.0
二、实验目的
1、了解等厚干涉原理 2、掌握用牛顿环测量透镜曲率半径的方法 3、学会使用读数显微镜以及钠光灯
三、实验原理
O R
d h
光程差
2h
2
(k
k（亮条纹） 1)（暗条纹）
2
曲率半径
R dm2 dn2
4(m n)
牛顿环干涉条纹的特点
为一系列明暗相间的同心 圆环。 中央为零级暗斑。 越往边缘处，干涉级次越 大，条纹越密。 条纹定域在空气薄膜表面。
答：透射光产生的牛顿环也是明暗相间的 同心圆环，但是中央为零级暗斑，条纹 的明暗正好与反射光产生的牛顿环的明 暗互补，且条纹的明暗对比度差。
问题讨论
5、若牛顿环中心是亮斑而不是暗斑，可能 是什么原因造成的？对测量结果有无影 响？
6、牛顿环的中心一定是目镜视场中所观察 到的零级暗斑的中心吗？为什么？
589 .3 0.2nm ， m n 30
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光程差：
2
明环
由干涉条件: k
(2 1k 1)
由图可见:
2
暗环
r 2 R 2 ( R e) 2 2 Re e2
r2 e 2R
第k级暗条纹的半径为: 2
r kR
牛顿环干涉条纹的特点
1.分振幅、等厚干涉； 2.明暗相间的同心圆环；
3.级次中心低、边缘高；
k R1 R2 rk (2h0 ) n R1 R2
2
牛顿环的应用
◎牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表 明间距变化情况。利用牛顿环可以检测光学球面 （或平面）的加工质量。 ◎根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测 定单色光的波长。 ◎在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质， 就可以测量其折射率n
光的等厚干涉——牛顿环、劈尖
1.干涉条纹的成因及特点 2.牛顿环测定透镜曲率半径 原理 3.读数显微镜的调整和使用 4.牛顿环透镜组 5.实验内容与数据处理 6.误差分析
17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个 玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现 干涉圆环，并对此进 行了实验观测和研究。他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面 玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈， 用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这是由于光的干涉造成的， 这种光学现象被称为“牛顿环”。
托马斯· 杨是波动光学的奠基者之一。 他发现利用透明物质薄片同样可以观 察到干涉现象，进而引导他对牛 顿环进行研究，他用自己创建的 干涉原理解释牛顿环的成因和薄 膜的彩色， 并第一个近似地测定了七种色的光的 波长，从而完全确认了光的周期 性，为光的波动理论找到了又一 个强有力的证据。
牛顿环干涉条纹的成因
螺 母
10 5 螺杆 螺杆 15 10 螺尺 螺尺
空程误差
属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；消除方法： 测量时只往同一方向转动螺尺
牛顿环透镜组合
用凸—凹透镜组合
rk
用凸—凸透镜组合 R1 用凹—凹透镜组合
2
k R1 R2 (2h0 ) n R1 R2
2
rk
k R1 R2 n R1 R2
7.转动测微鼓轮使叉丝超过第33环，然后倒回到 30环开始读数.依次记
录从左30~21, 8.计算结果. 右21~30各环相对位置读数.
实验数据的处理方法
逐差法 加权平均逐差法 最小二乘法 作图法
误差的主要来源与分析
1.条纹的定位精度（偶然误差） 定位误差的大小在条纹宽度的 1/5~1/10。 解决办法：取级次较高的环进行测量。 2.叉丝不平的影响（系统误差） 显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行 产生的误差。 解决办法：改直径测量为弦长测量。 3.平凸透镜的不稳定性（偶然误差/系统 误差） 由固定螺丝的松紧度不同造成。 解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进 行固定。
读数显微镜
读数显微镜由显微镜与移 动测量装置组成
显微镜由目镜、分划板 和短焦距物镜组成
读数显微镜的成像光路
L
f1 △ f2
F1
F1
F2
F2
明 视 距 离
物镜
叉目镜 丝 平 面 视角放大率：
M = 0.25△／f1 f2
显微镜调焦第一步：旋转目镜
使十字叉丝成象在明视距离处
F1
F1
FF 2F 22
4.间隔中心疏、边缘密； 5.同级干涉，波长越短, 条纹越靠近中心。
牛顿环测透镜曲率半径的原理
2 2 dm dn R 4(m n)
dA1
dB1 Dk
dB2
dA2
Dk+m
Dk n d B1 d B 2
Dk m d A1 d A2
测量时不用 rk2 kR 原因： ①透镜凸面与平板玻璃表面间 并非理想的点接触，难以准确 判断干涉级次k； ②读数显微镜目镜中的‘十字 叉丝’ 不易做到与干涉条纹严 格相切。
dm dk n 4(m k ) R
2
2
实验内容
1.启动钠光灯电源。
2.调节牛顿环装置。
3.前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的反光玻璃。直至眼 睛看到显微镜视场较亮. 4.用显微镜观察干涉条纹。 5.调节目镜看清目镜筒中的叉丝 6.转动测微鼓轮，使十字叉丝交点接近牛顿环中心.
FF 2F 22
明 视 距 离
物镜
叉 目镜 丝 平 面
显微镜调焦第二步：调节升降螺旋
使物成象在与叉丝象相同的平面上
明 视 距 离
F1Βιβλιοθήκη 物镜叉 丝 平 面
F1 F2
目镜
F2
成虚象范围
读数显微镜的视差
视差
无视差
叉丝像平面 物像平面
共面
成因：叉丝与物的象不共面 消除方法：仔细调焦
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜