人大附中高中物理竞赛辅导课件(波动光学)光学牛顿环(共13张ppt)
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2020全国高中物理学奥林匹克竞赛 人大附中竞赛班辅导讲义
（含物理竞赛真题练习）
波动光学
光学牛顿环 显 微 镜
半反 射镜
装置： A--曲率半径很大的凸透镜 B--平面光学玻璃 干涉图样：
r A B 随着r的增加而变密！
2、牛顿环Newton ring (等厚干涉特例)
R
r o
e
空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：
rk1 rk
( (k 1)
k)
R
R
(k 1)
k
随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。即
条纹不等间距，内疏外密。
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、尘埃等因素的影响， 中央常模糊不清)。
问题1 在折射率相同的平凸透镜与平面玻璃板间充以某
种透明液体。从反射光方向观察，干涉条纹将是：
A、中心为暗点，条纹变密
B、中心为亮点，条纹变密 C、中心为暗点，条纹变稀
选择A：正确！
D、中心为亮点率有关，条纹变密
F、中心的亮暗与液体及玻璃的折射率有关，条纹变稀
问题2 如图，用单色平行光垂直照射在观察牛顿环 的装置上，当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平板 玻璃时，干涉条纹将： A、静止不动 B、向中心收缩 C、向外冒出 D、中心恒为暗点，条纹变密
显微镜测得由中心往外数第 k 级明环 的半径 rk 3.0 10 3 m , k 级往上数 第16 个明环半径 rk16 5.0 10 3 m ，
平凸透镜的曲率半径R=2.50m（苏州）
M
C
R
r
d
N
o
求：紫光的波长？
解：根据明环半径公式：
rk
(2k 1)R
2
rk16
[2 (k 16) 1]R
选择B：正确！
分析：判断干涉条纹的移动和变化，可跟 踪某一级干涉条纹，例如第k 级暗纹，其对 应的空气膜厚度为 ek 。当平凸透镜向上缓 慢平移时，平凸透镜下表面附近对应空气膜 厚度为 ek 的点向中心移动，因此干涉条纹 向中心收缩，中心处由暗变亮，再变 暗，…… 如此反复。
例 已知：用紫光照射，借助于低倍测量
2
r2 k 16
rk2
16 R
(5.0 10 2 )2 (3.0 10 2 )2 4.0 10 7 m
16 2.50
• 测细小直径、厚度、微小变化
λ
平晶
• 测表面不平度
等厚条纹
平晶
待测工件
• 检验透镜球表面质量
标 准
待 测
Δh
块
块
规
规
标准验规 待测透镜
暗纹
2e
2
k (2k 1)
2
k 1,2,3 k 0,1,2
明条纹 暗条纹
r 2 R2 (R e)2 2 Re e2
R e e r2 2R
略去e2
各级明、暗干涉条纹的半径：
R
r o
e
r ( 2k 1 )R k 1,2,3 明 条 纹
2
r kR
k 0,1,2 暗 条 纹
e=0,两反射光的光程差 =/2，为暗斑。
（含物理竞赛真题练习）
波动光学
光学牛顿环 显 微 镜
半反 射镜
装置： A--曲率半径很大的凸透镜 B--平面光学玻璃 干涉图样：
r A B 随着r的增加而变密！
2、牛顿环Newton ring (等厚干涉特例)
R
r o
e
空气薄层中，任一厚度e处上下表面反射光的干涉条件：
rk1 rk
( (k 1)
k)
R
R
(k 1)
k
随着牛顿环半径的增大，条纹变得越来越密。即
条纹不等间距，内疏外密。
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、尘埃等因素的影响， 中央常模糊不清)。
问题1 在折射率相同的平凸透镜与平面玻璃板间充以某
种透明液体。从反射光方向观察，干涉条纹将是：
A、中心为暗点，条纹变密
B、中心为亮点，条纹变密 C、中心为暗点，条纹变稀
选择A：正确！
D、中心为亮点率有关，条纹变密
F、中心的亮暗与液体及玻璃的折射率有关，条纹变稀
问题2 如图，用单色平行光垂直照射在观察牛顿环 的装置上，当平凸透镜垂直向上缓慢平移而远离平板 玻璃时，干涉条纹将： A、静止不动 B、向中心收缩 C、向外冒出 D、中心恒为暗点，条纹变密
显微镜测得由中心往外数第 k 级明环 的半径 rk 3.0 10 3 m , k 级往上数 第16 个明环半径 rk16 5.0 10 3 m ，
平凸透镜的曲率半径R=2.50m（苏州）
M
C
R
r
d
N
o
求：紫光的波长？
解：根据明环半径公式：
rk
(2k 1)R
2
rk16
[2 (k 16) 1]R
选择B：正确！
分析：判断干涉条纹的移动和变化，可跟 踪某一级干涉条纹，例如第k 级暗纹，其对 应的空气膜厚度为 ek 。当平凸透镜向上缓 慢平移时，平凸透镜下表面附近对应空气膜 厚度为 ek 的点向中心移动，因此干涉条纹 向中心收缩，中心处由暗变亮，再变 暗，…… 如此反复。
例 已知：用紫光照射，借助于低倍测量
2
r2 k 16
rk2
16 R
(5.0 10 2 )2 (3.0 10 2 )2 4.0 10 7 m
16 2.50
• 测细小直径、厚度、微小变化
λ
平晶
• 测表面不平度
等厚条纹
平晶
待测工件
• 检验透镜球表面质量
标 准
待 测
Δh
块
块
规
规
标准验规 待测透镜
暗纹
2e
2
k (2k 1)
2
k 1,2,3 k 0,1,2
明条纹 暗条纹
r 2 R2 (R e)2 2 Re e2
R e e r2 2R
略去e2
各级明、暗干涉条纹的半径：
R
r o
e
r ( 2k 1 )R k 1,2,3 明 条 纹
2
r kR
k 0,1,2 暗 条 纹
e=0,两反射光的光程差 =/2，为暗斑。