等厚干涉测曲率半径牛顿环
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(m n)
Dm2 Dn2
4(m n)
dn dm
实验内容
• 实验公式
测量牛顿环直径，计算平凸透镜 曲率半径R。
仪器介绍
• 钠灯 • 平凸透镜 • 读数显微镜
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。
• 仪器布置 • 观测牛顿环 • 测量直径
仪器布置
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。
•调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上 移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物镜， 不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。
等厚干涉测曲率半径
简介
牛顿环是一种光的等厚干涉现象。牛顿 对牛顿环作了精确的定量测定，可以说已 经走到了光的波动说的边缘，但由于过分 偏爱他的微粒说，始终无法正确解释这个 现象。直到19世纪初，英国科学家托马斯⋅ 杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环现 象。
等厚干涉
单色平行光照射到薄介质上，介质 上下表面反射的光会在膜表面处发生干 涉。在介质厚度相等的各点，两束反射 光有相同的相位差，具有相同的干涉光 强度，形成同一个干涉条纹，这就是等 厚干涉。
实验目的
• 观察牛顿环干涉条纹的特点，加深对光的 波动性的认识。
• 掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的 方法。
• 学习使用读数显微镜。
实验原理
牛顿环
将一曲率半径相当大的 平凸玻璃透镜放在一平面玻 璃的上面，则在两者之间形 成一个厚度随直径变化的空 气隙。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
空气隙的等厚干涉条纹
是一组明暗相间的同心环。
测量牛顿环直径
取m=25，n=10。选择暗条纹测量，横向改变显微镜 筒位置，按顺序数出暗环的环数，直至30环，然后 反转至25环（这一步很重要），读取d左（25）位置， 继续朝同一方向移动叉丝边移动边读数至第6环d左 （6） ；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差）， 越过中央暗环，按同样方法读取d右（6）至d右（25） ； 列表并求出暗环的直径：D2i+10-D2i，其中i从25到6。
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。
平凸透镜
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。
平凸透镜
平板玻璃
读数显微镜
读数标尺
读数盘
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
操作要点
数据处理
δR
UA2
U
2 B
UA
1 k(k 1)
k i1
(R i
R)2
R R δR
ER
δR R
100%
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜
螺 母
150
空程误差
螺杆
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
15 10 螺尺
该干涉条纹最早被牛顿发现，
所以称为牛顿环 （Newton -
牛顿环
ring）
实验原理
平凸透镜的曲率半径计算
在空气厚度为e的地方，上
下表面反射的光的光程差为 2e+λ/2 ， 其 中 前 一 项 为 几 何 光 程差，后一项是“半波损失”。
实验原理
e r2 2R
R2 (R e)2 r2
数据处理
• 数据记录（可参照书中表格自行设计表格） • 曲率半径计算 • 不确定度评定
曲率半径计算
Ri Dm2i Dn2i
4(m n)
R 1 k Ri
k i1
不确定度评定
按照书本要求取m-n=10，将数据分成10组， 求出曲率半径R。 • 由传递关系计算R的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
R2 R2 2Re e2 r2
K 明条纹
2e
2
(K (2K
1,2,3,...)
1) 暗条纹
2
(K 1,2,3....)
rk2 kR rk kR
rm2 mR rn2 nR
R rm2 rn2
Dm2 Dn2
4(m n)
dn dm
实验内容
• 实验公式
测量牛顿环直径，计算平凸透镜 曲率半径R。
仪器介绍
• 钠灯 • 平凸透镜 • 读数显微镜
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。
• 仪器布置 • 观测牛顿环 • 测量直径
仪器布置
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。
•调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上 移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物镜， 不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。
等厚干涉测曲率半径
简介
牛顿环是一种光的等厚干涉现象。牛顿 对牛顿环作了精确的定量测定，可以说已 经走到了光的波动说的边缘，但由于过分 偏爱他的微粒说，始终无法正确解释这个 现象。直到19世纪初，英国科学家托马斯⋅ 杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环现 象。
等厚干涉
单色平行光照射到薄介质上，介质 上下表面反射的光会在膜表面处发生干 涉。在介质厚度相等的各点，两束反射 光有相同的相位差，具有相同的干涉光 强度，形成同一个干涉条纹，这就是等 厚干涉。
实验目的
• 观察牛顿环干涉条纹的特点，加深对光的 波动性的认识。
• 掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率半径的 方法。
• 学习使用读数显微镜。
实验原理
牛顿环
将一曲率半径相当大的 平凸玻璃透镜放在一平面玻 璃的上面，则在两者之间形 成一个厚度随直径变化的空 气隙。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
空气隙的等厚干涉条纹
是一组明暗相间的同心环。
测量牛顿环直径
取m=25，n=10。选择暗条纹测量，横向改变显微镜 筒位置，按顺序数出暗环的环数，直至30环，然后 反转至25环（这一步很重要），读取d左（25）位置， 继续朝同一方向移动叉丝边移动边读数至第6环d左 （6） ；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差）， 越过中央暗环，按同样方法读取d右（6）至d右（25） ； 列表并求出暗环的直径：D2i+10-D2i，其中i从25到6。
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。
平凸透镜
平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。
平凸透镜
平板玻璃
读数显微镜
读数标尺
读数盘
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
操作要点
数据处理
δR
UA2
U
2 B
UA
1 k(k 1)
k i1
(R i
R)2
R R δR
ER
δR R
100%
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜
螺 母
150
空程误差
螺杆
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
15 10 螺尺
该干涉条纹最早被牛顿发现，
所以称为牛顿环 （Newton -
牛顿环
ring）
实验原理
平凸透镜的曲率半径计算
在空气厚度为e的地方，上
下表面反射的光的光程差为 2e+λ/2 ， 其 中 前 一 项 为 几 何 光 程差，后一项是“半波损失”。
实验原理
e r2 2R
R2 (R e)2 r2
数据处理
• 数据记录（可参照书中表格自行设计表格） • 曲率半径计算 • 不确定度评定
曲率半径计算
Ri Dm2i Dn2i
4(m n)
R 1 k Ri
k i1
不确定度评定
按照书本要求取m-n=10，将数据分成10组， 求出曲率半径R。 • 由传递关系计算R的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。
R2 R2 2Re e2 r2
K 明条纹
2e
2
(K (2K
1,2,3,...)
1) 暗条纹
2
(K 1,2,3....)
rk2 kR rk kR
rm2 mR rn2 nR
R rm2 rn2