大学物理创新实验论文.doc

牛顿环侧波长 陆勇 彭鹏 安全寿 重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074 摘要 ：该实验运用了精密的光学仪器，利用光的等厚干涉及半波损失，通过光 程差再加以近似计算从而得出未知光的波长。还可以利用实验所得到的牛顿环干 涉图样进行更深一步的分析从而达到深刻理解等厚干涉原理的目的。 关键字： 条纹 ，透镜 ，曲率半径，波长 Newton ring lateral wavelength Luyong Pengpeng Anquanshou Chongqing jiaotong university institute of civil engineering and construction, Chongqing 400074 Abstract: the experiment using sophisticated optical instruments, make use of light thickness dry involving half wave loss, through the light Cheng sent it to life again unknown approximate calculation and concluded that the wavelength of light. Still can use the fokker-planck equation of Newton ring dry Wade pattern for further analysis thus reach profound understanding thickness interference principle of purpose. Key word: stripe, lens, the curvature radius, the wavelengths 1．引言 将一曲率半径很大的平凸面透镜叠放在一平面玻璃板上，在两者之间就形成一个 上表面为球面，下表面为平面的空气薄层，一束单色平行光垂直入射到平凸透镜 上，在空气薄层上下表面反射的两束光在空气层的上表面附近相遇，形成以接触 点为中心的明暗相间的同心环状条纹。这些环状条纹最初是由牛顿发现的，后人 称之为牛顿环。在实验中，人们常用它来测定曲率半径很大的透镜的曲率半径， 入射光波长或介质的折射率。 2．实验设计 2. 1 实验目的 牛顿环等厚干涉的原理和观察方法； 理解用牛顿环测量光波波长的方法； 掌握读书显微镜的使用； 学习用逐差法处理数据； 2．2 实验原理 如图（a）所示，平面透镜凸面的曲率半径很大，光线垂直入射，在空气薄 层的上下表面均会发生反射。两束反射光线在相遇处的光程差为该处空气间 隙厚度的两倍,又因这两条相干光线中一条来自光密媒质面的反射，另一 条光线来自光疏媒质面上的反射，它们之间有个大小为的相位突变，通常 叫做“半波损失”，所以，再相遇处的两相干光线的光程差为 （1） 光程差是随空气间隙层厚度改变的，相同的厚度处的干涉状态相同，所 以叫做“等厚干涉”，干涉条纹是以接触点为圆心的许多圆环，如图（b）所 示当光程差满足 （2） 时为暗条纹，将（1）式代入（2）式后，得到暗条纹的空气间隙厚度满足 （3） 由此可见：接触点处 ，对应的应是零级暗条纹。 明条纹的光程差满足 ，它出现在空气间隙层厚度为 处，由于一般测量时均使用暗条纹，所以对亮条纹不再详述。 由图（a）可知，空气间隙层厚度和透镜凸面曲率半径R及干涉暗环条纹 的半径之间有着简单的几何关系，即 （4） 因为R,所以 ，略去项，将（3）代入（4）式，得出 暗条纹的半径为 （5） 由（5）式可知，如果透镜的曲率半径R已知，测出K级暗环的半径 ，就 可以求出入射光的波长 。但是用此公式误差往往很大，原因在于凸面和平 面不可能是理想的点接触，接触压力会引起局部变形，是接触点成为一个圆 面，干涉环中心为一暗斑，所以无法确定环的中心，所以比较准确的方法是 测量环的直径。测出各对应K环的直径 ，由（5）式可知 （6） 又由于灰尘等存在，使接触点的，其级数k也是未知的，则使任一暗 环的级数和直径难以确定，故取任意两个不相邻的暗环，记其直径分别 为和（m n）,求其平方差，由（6）式知 则 （7） 分别测出m级，n级的直径，