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。
，即
R
r2 m2
r2 m1
(m2 m1)
（4）
实验内容
1、借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环，调节牛顿环仪上的螺旋使干涉呈圆形，并
位于透镜的中心，但要注意不能拧紧螺旋。
2、将仪器按图（3）所示装置好，直接使用单色扩展光源
钠灯照明。由光源s发出的光照射到玻璃片G上，使一部分光
由G反射进入牛顿环仪。先用眼睛在竖直方向观察，调节玻
，它的量程一般是50mm。水平移动的距离（毫米）由水平标
尺F上读出，小于1mm的数，由测微鼓轮读出，两者之和就是
此时读数显微镜的位置坐标值。图2.1-7(b)是读数显微镜的
螺旋测微装置，它包括标尺F、读数准线和、测微鼓轮A。
读数显微镜的操作方法：
(a)
Ⅰ 调整目镜C，看清十字叉丝。
Ⅱ 将待测物安放在测量工作台上，转动反光镜H，以得
清晰的两个环纹的半径，。如测量出第m1和第m2个暗环（或亮环）的半径（这里的m1、m2均为环的序数 ，不一定是干涉级数），因而 （1）式应修正为
rm2 (m j)R
（3）
式中m为环序数，（m+j）为干涉级数（j级修正值），于是
r2 m2
r2 m1
[(m2
j) (m1
j)]R
(m2
m1)R
上式表明，任意两环的半径平方差和干涉级以及环序数无关，而只与两个环的序数之差（m2-m1 ）有关。因此只要精确测定两个环的半径，由两个半径的平方差值就可准确地算出透镜的曲率半径R
测曲率半径
引
• 光的干涉现象是光的波动性的一种 表现。物质发光是由于原子或分子 的能级跃迁产生的，它们每次发光 的时间平均约为10-8秒。因此每束光 在空间上也是有限长的，通常称为 光波列，其波列长度又称为相干长 度。
• 当一束光被分成两束，分别经过不 同路径再相遇时，如果光程差小于 该束光的相干长度，将会在迭加区 产生干涉现象。
光强分布恰成互补，中心是亮斑，
原来的亮环处变为暗环，暗环处
变为亮环，如果图2（b）所示。
这种干涉现象最早为牛顿所发现，
故称为牛顿环。
实验原理
设透镜L的曲率半径为R，形成的m级干涉条纹的半径为rm，m级干涉亮条纹的半径为r’m，不难 证明
rm mR
（1）
rm'
(2m 1)R 2
（2）
以上两式表明，当λ已知时，只要测出第m级暗环（或亮环）的半径，即可算出透镜的曲率半
；G工作台；H反光镜
心超过了被测目标，就要退回，再重新测量。
实验仪器——反射式牛顿环
牛顿环仪是由一块曲率半径较大 的平凸透镜放在光学平玻璃上构成， 平玻璃表面与凸透镜球面之间形成一 楔形的空气间隙。当用平行光照射牛 顿环仪时，在球面与平玻璃接触点周 围就形成了同心圆干涉环——牛顿环。
反射式牛顿环的特点： 1、条纹形状：干涉条纹是以平凸透镜 与平面玻璃板的接触点为圆心，明暗相 间的同心圆环，中心为暗点（实际上由 于磨损、尘埃等因素影响，中央常模糊 不清） 2、暗环半径：r=(kRλ)1/2 (k=1,2,3,…)
到适当亮度的视场。
Ⅲ 旋动调焦手轮D，使镜筒B下降到接近物体的表面，然
后逐渐上升，直到看清待测物为止。
测量时，显微镜筒的移动方向和被测两点间的连线平行
(b)
。为了防止螺距差，测量时应向同一方向转动鼓轮，若不小
图2.1-7 读数显微镜 A—测微鼓轮；B—显微镜筒；C—目镜 ；D—调焦手轮；E1、E2—准线；F标尺
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。
3、调节移测显微镜M的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清
晰。将移测显微镜对准牛顿环的中心，上下移动镜筒，对干
涉条纹进行调焦，使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的
测量叉丝之间无视差。测量时，显微镜的叉丝最好调节成其
中一根叉丝与显微镜的移动方向相垂直，移动时始终保持这
平行光投到这种装置上，则由空
气膜上下表面反射的光波将互相
干涉，形成的干涉条纹为膜的等
图2 (a)
厚各点的轨迹，这种干涉是一种
等厚干涉。在反射方向观察时，
将看到一组以接触点为中心的明
暗相间的圆环形干涉条纹，而且
中心是一暗斑，如图2（a）所示；
如果在透射方向观察，则看到的 图1
图2 (b)
干涉条纹与反射光的干涉条纹的
明 环 半 径 ： r=[(2k-1)Rλ/2]1/2
(k=1,2,3,…) 3、条纹不等间距，内疏外密。
返射式牛顿环干涉图
透射式牛顿环干涉图
实验原理
当一曲率半径很大的平凸透
镜的凸面与一磨光平面玻璃相接
触时，在透镜的凸面与平玻璃板
之间将形成一空气膜，离接触点
等距离的一方，厚度相同。如图
（1）所示，若以波长为λ的单色