牛顿环PPT课件
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《光学实验》牛顿环实验PPT文档23页
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
《光学实验》牛Biblioteka 环实验21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
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。
用牛顿环测透镜的曲率半径ppt课件
用法:
1.调节目镜，使十字叉丝清晰并竖直；
2.调节调焦手轮，在目镜中观察，使被测 物成像清晰。
3.转动测微手轮，使十字叉丝对准被测物 体起点，移动测微手轮一次对准被测物像 上的两个位置，读出相应的读数，则两者 之差即为被测物两位之间距离。
牛顿环仪
1.构成：待测平凸透镜+平玻璃片叠合装在金属框架中。
R
d m
d k d m d k 4m k
12
四、实验内容与步骤
1、调节牛顿环 螺丝松紧适宜；环纹处于中心；环纹不能有明显的形变。
2、调节移测显微镜
1）调节显微镜镜筒位置；放置牛顿环与镜筒共轴。 2）摆放钠灯，调节450反射镜，使显微镜视场明亮。 3）调节目镜，使十字叉丝清晰并竖直； 4）调节焦距旋钮，使牛顿环纹清晰。
4、计算 用逐差法测透镜曲率半径，计算平均值。
干涉圆环直径的测量方法
Dm 左xm 右xm
m级 k级
左xm 左xk 右xk 右xm
Dk 左xk 右xk
15
数据记录：
其中m-k=10
级数
m
20
左 位置（mm）
右
直径（mm）
dm
级数
k
10
左 位置（mm）
右
直径（mm）
dk
dm+dk（mm）
dm-dk（mm）
注意：钠光灯不能反复开启，不可摇晃。
二、实验原理
1、干涉条件频率相同、振动方向一致、相位差保持恒定。
现象：当一束光垂直的照在平凸透镜时，从其上方可 观察到一种新接触点为圆心的内疏外密的同心圆环。
产生原因：平凸透镜与平面镜之间形成一空气薄膜，理 解出点等距离的地方，厚度相同。若单色光平行近垂直 的射在入射面时，则空气膜上下表面反射的光将互相干 涉，形成明暗条纹。
1.调节目镜，使十字叉丝清晰并竖直；
2.调节调焦手轮，在目镜中观察，使被测 物成像清晰。
3.转动测微手轮，使十字叉丝对准被测物 体起点，移动测微手轮一次对准被测物像 上的两个位置，读出相应的读数，则两者 之差即为被测物两位之间距离。
牛顿环仪
1.构成：待测平凸透镜+平玻璃片叠合装在金属框架中。
R
d m
d k d m d k 4m k
12
四、实验内容与步骤
1、调节牛顿环 螺丝松紧适宜；环纹处于中心；环纹不能有明显的形变。
2、调节移测显微镜
1）调节显微镜镜筒位置；放置牛顿环与镜筒共轴。 2）摆放钠灯，调节450反射镜，使显微镜视场明亮。 3）调节目镜，使十字叉丝清晰并竖直； 4）调节焦距旋钮，使牛顿环纹清晰。
4、计算 用逐差法测透镜曲率半径，计算平均值。
干涉圆环直径的测量方法
Dm 左xm 右xm
m级 k级
左xm 左xk 右xk 右xm
Dk 左xk 右xk
15
数据记录：
其中m-k=10
级数
m
20
左 位置（mm）
右
直径（mm）
dm
级数
k
10
左 位置（mm）
右
直径（mm）
dk
dm+dk（mm）
dm-dk（mm）
注意：钠光灯不能反复开启，不可摇晃。
二、实验原理
1、干涉条件频率相同、振动方向一致、相位差保持恒定。
现象：当一束光垂直的照在平凸透镜时，从其上方可 观察到一种新接触点为圆心的内疏外密的同心圆环。
产生原因：平凸透镜与平面镜之间形成一空气薄膜，理 解出点等距离的地方，厚度相同。若单色光平行近垂直 的射在入射面时，则空气膜上下表面反射的光将互相干 涉，形成明暗条纹。
《实验四、牛顿环》PPT课件
Δ (k1) (k0,1,)暗纹
2
R
r
d
r2 R 2 (R d )2 2 d R d 2
Rd d20
r 2dR (Δ)R
r (k1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
精选ppt
4
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
结 明环半径 r (k1)R (k1,2,3, )
论 暗环半径
2
r kR (k0,1,2, )
12
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
☆干涉条纹的移动演示
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动；当倾斜
角改变条
纹形状改变
精选ppt
波动光学
13
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
【实验目的】
波动光学
1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、掌握读数显微镜的调节和使用；
精选ppt
波动光学
18
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
[实验数据处理]：测量10组数据，计算
黄色明亮的视场。 精选ppt
波动光学 4—4
17
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
3、调节显微镜M的目镜， 看到清晰的叉丝，将显微 镜对准牛顿环的中心，上 下移动显微镜镜筒，对干 涉条纹进行调焦。 4、用显微镜测量干涉条纹 的半径。（ m）2 取m110，可 从40环测到20环，先测左 半环，后测右半环，共测 10组数据，依据4－4式计 算R。
k2 , d250 n0 m
精选ppt
9
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
k3, d375 n0 m
h
r d k4 , d410n0m
2
R
r
d
r2 R 2 (R d )2 2 d R d 2
Rd d20
r 2dR (Δ)R
r (k1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
精选ppt
4
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
结 明环半径 r (k1)R (k1,2,3, )
论 暗环半径
2
r kR (k0,1,2, )
12
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
☆干涉条纹的移动演示
每一条 纹对应劈尖 内的一个厚 度，当此厚 度位置改变 时，对应的 条纹随之移 动；当倾斜
角改变条
纹形状改变
精选ppt
波动光学
13
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
【实验目的】
波动光学
1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法； 2、掌握读数显微镜的调节和使用；
精选ppt
波动光学
18
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
[实验数据处理]：测量10组数据，计算
黄色明亮的视场。 精选ppt
波动光学 4—4
17
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
3、调节显微镜M的目镜， 看到清晰的叉丝，将显微 镜对准牛顿环的中心，上 下移动显微镜镜筒，对干 涉条纹进行调焦。 4、用显微镜测量干涉条纹 的半径。（ m）2 取m110，可 从40环测到20环，先测左 半环，后测右半环，共测 10组数据，依据4－4式计 算R。
k2 , d250 n0 m
精选ppt
9
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
k3, d375 n0 m
h
r d k4 , d410n0m
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
• 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
PPT牛顿环讲解
同济大学物理实验室
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
F1
物镜
叉 丝 平 面
F1 F2
目镜
F2
成虚象范围
同济大学物理实验室
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
同济大学物理实验室
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜
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。
同济大学物理实验室
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
dm dk n 4(m k ) R
同济大学物理实验室
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. 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, 右21~30各环相对位置读数. 8.计算结果.
实验0—2
用牛顿环测定透镜的曲率半径
光的等厚干涉——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
同济大学物理实验室
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
F1
物镜
叉 丝 平 面
F1 F2
目镜
F2
成虚象范围
同济大学物理实验室
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
同济大学物理实验室
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜
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。
同济大学物理实验室
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
dm dk n 4(m k ) R
同济大学物理实验室
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. 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, 右21~30各环相对位置读数. 8.计算结果.
实验0—2
用牛顿环测定透镜的曲率半径
光的等厚干涉——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
同济大学物理实验室
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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