牛顿环法测曲率半径
牛顿环法测曲率半径2014年11月28日牛顿环法测曲率半径光的干涉现象表明了光的波动的性质，干涉现象在科学研究与计量技术中有着广 泛的应用。
在干涉现象中，不论何种干涉，相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光 的波长，可见光的波长虽然很小，但干涉条纹间的距离或干涉条纹的数目是可以计量的 因此，通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量，可以得到以光的波长为单位的光程 差。
利用光的等厚干涉可以测量光的波长，检验表面的平面度，球面度，光洁度，以 及精确测量长度，角度和微小形变等一 •实验内容图1本实验的主要内容为利用干射法测量平凸透镜的曲率半径。
1.观察牛顿环将牛顿环按图2所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节架下方，调节玻璃片的 角度，使通过显微镜目镜观察时视场最亮。
调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，使显微镜镜筒下降到接近牛顿环仪然后 缓慢上升，直到观察到干涉条纹，再微调玻璃片角度和显微镜，使条纹清晰。
2.测牛顿环半径使显微镜十字叉丝交点和牛顿环中心重合，并使水平方向的叉丝和标尺平行（）与显微镜移动方向平行）。
记录标尺读数。
转动显微镜微调鼓轮，使显微镜沿一个方向移动，同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数，直到竖丝与第N环相切为止（N根据实验要求决定）。
记录标尺读数。
3.重复步骤2测得一组牛顿环半径值，利用逐差法处理得到的数据，得到牛顿环半径R和R 的标准差。
二.实验原理图1如图所示，在平板玻璃面DCF上放一个曲率半径很大的平凸透镜ACB C点为接触点，这样在ACB和DCF之间，形成一层厚度不均匀的空气薄膜，单色光从上方垂直入射到透镜上，透过透镜，近似垂直地入射于空气膜。
分别从膜的上下表面反射的两条光线来自同一条入射光线，它们满足相干条件并在膜的上表面相遇而产生干涉，干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定，由图可见，二者的光程差△'等于膜厚度e的两倍,即厶=2e此外，当光在空气膜的上表面反射时，是从光密媒质射向光疏媒质，反射光不发生相位突变，而在下表面反射时，则会发生相位突变，即在反射点处，反射光的相位与入射光的相位之间相差，与之对应的光程差为/2，所以相干的两条光线还具有/2的附加光程差，总的光程差为A = A'-4-2/2 = +（1）当△满足条件(7)（8）(k=1,2,3 …) 时，发生相长干涉，出现第 K 级亮纹，而当时，发生相消干涉，出现第 k 级暗纹。
因为同一级条纹对应着相同的膜厚，所以干涉条 纹是一组等厚度线。
可以想见，干涉条纹是一组以 C 点为中心的同心圆，这就是所谓的牛顿环。
如图所示，设第k 级条纹的半径为r k ，对应的膜厚度为e k ，则(4)在实验中，R 的大小为几米到十几米，而 e k 的数量级为毫米，所以 R >> e k ，相对 于2R 是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为r? = 2Re t（5）如果r k 是第k 级暗条纹的半径，由式（1 ）和（3）可得(6)代入式（5）得透镜曲率半径的计算公式对给定的装置，R 为常数，暗纹半径厂止=J 孩艮(2)A 二（空十1）鮎厶 （k 二0,1, 2…）(3)和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细同理，如果r k是第k级明纹，则由式（1）和（2）得吸=（氐一*）寺（9）代入式（5），可以算出R= 塔（2H）（ 10）由式（8）和（10）可见，只要测出暗纹半径（或明纹半径），数出对应的级数k，即可算出Ro在实验中，暗纹位置更容易确定，所以我们选用式（8）来进行计算。
在实际问题中，由于玻璃的弹性形变及接触处不干净等因素，透镜和玻璃板之间不可能是一个理想的点接触。
这样一来，干涉环的圆心就很难确定，r k就很难测准，而且在接触处，到底包含了几级条纹也难以知道，这样级数k也无法确定，所以公式（8）不能直接用于实验测量。
在实验中，我们选择两个离中心较远的暗环，假定他们的级数为m和n,测出它们的直径d m = 2r m, dn = 2r n,则由式（8）有(11)从这个公式可以看出，只要我们准确地测出某两条暗纹的直径，准确地数出级数m 和n之差（m-n）（不必确定圆心也不必确定具体级数m和n），即可求得曲率半径R。
三.实验仪器1.读数显微镜一一它由一个显微镜的镜筒和一个螺旋测微装置组成。
螺旋测微装置主要包括标尺，读数准线，测微鼓轮。
测微鼓轮的圆周上刻有100格的分度，它旋转一周，读数准线就沿标尺前进或后退1mm故测微鼓轮的分度值为0.01mm2.钠光灯一一波长在5893A附近，具有光强，色纯的特点，使用时应注意：（1）燃、灭一次对灯的寿命很有影响，故不得随便开，关。
（2）点燃时，不得受撞击或震动，以免损坏灯管。
3•入射光调节架一一架上嵌有一个可以转动的玻璃片，玻璃片调到大约时，可使平行光垂直射到牛顿环玻璃表面。
4.牛顿环仪一一由一块待测曲率半径的平凸透镜，以其凸面放在一块光学平板玻璃上构成，外由一金属圆框固定。
四.实验步骤1•如图所示，摆放所需仪器。
仿真实验中仪器已摆放到位，只需要您将牛顿环仪摆放到显微镜下即可。
2.打开钠光灯。
点击钠光灯在开、关状态间切换。
3•调节45°玻璃片，使钠光灯射出的光线大体垂直入射到牛顿环装置上。
先点击区域打开目境观察窗口，这时候窗口显示是昏暗模糊的。
用鼠标点区域的入射光调节架，按住鼠标左键不放，调节架作顺时针旋转（从观察者角度），点右键则作相反动作。
如图所示，目镜观察窗中的条纹最明亮（未必清晰）时结束调整。
4 •调节牛顿环仪周围的三个螺丝，使在牛顿环中心出现一组同心干涉环(11)5•调节读数显微镜：先调节目镜到清楚看到叉丝，再调节显微镜的筒身，为避免损坏目镜，先让物镜靠近牛顿装置的上表面，然后用眼睛看着显微镜，同时由下向上调节筒身，直至在显微镜内能看到清晰的干涉条纹的像，再进行消视差调节：两眼前后左右移动，叉丝和干涉条纹之间无相对移动，如果干涉环的亮度不够，可以略微调节45°玻璃板，以便获得最大的照度。
6•移动牛顿环装置，使干涉条纹的中央暗区在显微镜叉丝的正下方；首先用鼠标双击图示区域1的牛顿环，打开载物台窗口。
在载物台窗口中您可以用鼠标拖住牛顿环在平面小范围内移动，主要是作上下方向的调整，当目镜观察窗中的横向叉丝经过牛顿环圆心时（纵向叉丝与牛顿环相切），可以结束操作。
当然，这一步可以和下一步（横向调整）交替进行。
这一步作的是横向调整：先用鼠标双击图示区域1的横向调整手轮，打开标尺窗口。
用鼠标点击标尺窗口右侧的区域2所示部分可以调整镜身的横向移动，左键点击时镜身向左移动（所以目镜观察窗口中牛顿环向右移），右键则相反。
当配合上一步操作将牛顿环中心移到目镜观察窗口中的叉丝交叉点时，调整结束（不要关闭标尺窗口）。
此时记下标尺的读数7.在式（11）中，R为待测半径，为光波的波长，均为常量，如果取m-n为2 2一确定值（例如定为m - n = 25 ），则d m - d n也为一常数，就是说，凡是级数相隔25的两环（例如第50环和第25环，第49环和第24环……），它们的直径的平方差应该不变。
据此，为了测量方便和提高测量准确度，可以相继测出各环的直径，再用逐差法来处理数据。
本实验要求测出10个d m2- d n2 的值，取其平均值，再计算出R。
仿真实验中通过横向调整手轮（标尺窗口中）来将叉丝交叉点定位到第N环（移动时要注意数着），在纵向叉丝和第N环相切时，记下标尺的读数。
这和上一步的读数之差就是d N。
五.实验数据及数据处理滾长589 3WD Tm -n=环的级数n50 4946 47 4G 45 44 434-241环的位這医］ 63723 63 66663.606 63L527 63.452 63.375 63.301 63.235 63.1&1 63062 环的位養右〕 E019150.355 E0 319 50.39550.456 50.53F 50.£10 50LGS9 50.7&2 5QS25 宜径dm(mm] 13.538 13.^1313.288 1313212.995 126412.S911Z547 12.3991Z257克径平方193.277^ 179.906517E. 570^7244^1GS. BSGCI &4 365C 161.0£1；157.427； 151735； 15O.234C环的级数“ 2524232221 20 19 1817 IE环的位這医］ 61.700 61 610 61 4$& 61.406 51.291 61J9061 078eaaso 60.8X60.707环的泣置眉］ 5218552 296 52 375 52.479 52.577 5ZS92 52.7S3 52.911 59.031 51137 SSdmlmn] 3.5159 324S1218.33a 7148.4383.2556.0397 3U47.57直径平方 90.5352； 9G 93G97 S3 192& 79.7449 75,9337^ 722160d68.W12： G4.G2E5； GO. 90241'57.3049 直徨方羡32.742Z1 92 9715=53 3783[ 92.7045^ 92 9622； 32 64355 324202E 32.6016f 92 8327E 92 329U半径平方差书乙84鋼）R=1.575［m ］。
用牛顿环测量透镜的曲率半径
齿合前轻轻转动测微鼓轮读数有变化，而游标并没有移动。
消除方法：测量时只沿同一方向转动测微鼓轮。
实验方案
23 20 11 中心 11 20 左侧 右侧
左取内切点
右取外切点
D＝右外切点－左内切点
测量方案
干涉条纹数 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
左方条纹
第 读数
一 次 测
用牛顿环测透镜的曲率半径
上海师范大学天华学院
实验背景
白光下的肥皂膜
白光入射的牛顿环照片
白光下的水膜
牛顿环装置
单色光的牛顿环照片
实验背景
“牛顿环”是一种分振幅、等厚干涉现象，是光 的波动性的一种表现。 应用极广：测量光波波长、测量微小角度或薄膜 厚度、观测微小长度变化、检测光学表面加工质 量等。利用牛顿环还可以测量液体折射率。 本实验通过牛顿环研究光的干涉现象，测定透镜 的曲率半径，学习读数显微镜的使用等。
就可以测量其折射率n
n dm2 dk2
4(m k)R
实验内容
测量牛顿环直径，计算平凸透镜 曲率半径R。
计算公式：
R
2
Dm
2
Dn
4(m n)
实验装置 读数显微镜
读数标尺
目镜
显微镜筒 调焦旋钮
钠光灯
测微鼓轮
牛顿环
读数显微镜的空程误差
空程误差属系统误差，由螺母与螺杆间的间隙造成；
螺杆
测微鼓轮
(m n) 4(m n)
难点解说
实验中，如果用弦长取代牛顿环直径是否可以？
Dk2m Dk2 4(rk2m rk2 )
4(
l k2 m 4
h2 )
( lk2 4
牛顿环测透镜曲率半径实验的数据处理方法
牛顿环测透镜曲率半径实验的数据处理方法牛顿环测透镜曲率半径实验是一种常用的光学实验方法，用于测量透镜的曲率半径。
本文将介绍牛顿环测量方法以及常用的数据处理方法，帮助读者了解该实验并正确进行数据处理。
一、牛顿环测量方法牛顿环测量方法是通过观察牛顿环的圆心与边缘的环形干涉图案来确定透镜的曲率半径。
具体步骤如下：1. 实验准备首先，我们需要准备一块光滑的透镜和一块玻璃基片。
将透镜和基片放在光源下方，保证光线垂直照射。
2. 形成干涉图案调整透镜和基片的间距，使得玻璃基片上形成一组明暗相间的圆环。
这个圆环就是我们所说的牛顿环。
3. 测量半径使用读数显微镜或目镜放大牛顿环图案。
从内环的直径开始，分别测量每个环的直径。
通常情况下，选取3-5个环作为测量点。
4. 记录数据将每个环的直径数据记录下来。
为了减小误差，需要重复多次测量。
二、数据处理方法牛顿环测量实验会得到一系列环的直径数据，我们需要对这些数据进行处理才能得到透镜的曲率半径。
下面介绍两种常用的数据处理方法。
1. 计算平均值首先，将每次测量得到的环直径求平均值。
这样可以减小由于实验误差导致的数据波动。
2. 曲线拟合通过拟合实验数据的曲线，我们可以得到更精确的透镜曲率半径。
常用的拟合方法有最小二乘法和直线拟合法。
最小二乘法是通过最小化实验数据与拟合曲线之间的距离来确定最优的拟合曲线。
直线拟合法则是将实验数据作为点，通过拟合直线的斜率来得到曲率半径。
三、实验注意事项在进行牛顿环测量实验时，需要注意以下几点。
1. 保持环境稳定实验环境应尽量保持稳定，避免外界震动和温度变化对实验结果的影响。
2. 测量精度使用高精度仪器进行测量，并尽量减小读数误差。
对于每个环的直径测量，应进行多次重复以提高精度。
3. 数据处理准确性在数据处理过程中，需要严格按照公式进行计算，并保留足够的有效数字。
避免舍入误差对最终结果的影响。
四、实验结果的分析与讨论根据实验得到的透镜曲率半径数据，可以进行结果的分析与讨论。
实验牛顿环干涉测定透镜曲率半径
r 2dR (Δ)R
r (k1)R 明环半径
2
2
r kR 暗环半径
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
2
暗环半径 r kR (k0,1,2, )
思 1）从反射光中观测，中心点是暗点还是亮点？ 考 从透射光中观测，中心点是暗点还是亮点？
2）属于等厚干涉，条纹间距不等，为什么？
☆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
波动光学
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；
3、通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
【实验仪器】
2(h d)
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
总结
1）干涉条纹为光程差相同的点的轨迹，即厚 度相等的点的轨迹
d
b
k1
d
d
2n
b d 2n
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
2）厚度线性增长条纹等间距，厚度非线性增长 条纹不等间距
3）条纹的动态变化分析（ n,, 变化时）
劈尖角
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
5
5 6n 3m 3
牛顿环干涉测定透镜曲率半径
波动光学
例2 如图所示为测量油膜折射率的实验装置 , 在
平面玻璃片G上放一油滴，并展开成圆形油膜，在波
长 60n0m 的单色光垂直入射下，从反射光中可
观察到油膜所形成的干涉条纹 . 已知玻璃的折射率，
牛顿环测透镜曲率半径实验中的误差来源与控制策略
牛顿环测透镜曲率半径实验中的误差来源与控制策略牛顿环测透镜曲率半径实验是一种常用的光学实验方法，用于测量透镜的曲率半径。
然而，在实际操作中，由于各种因素的干扰，往往会引入误差，影响测量结果的准确性。
本文将介绍牛顿环测透镜曲率半径实验中可能存在的误差来源，并提出相应的控制策略。
一、误差来源1. 光源的不稳定性：光源的不稳定性是牛顿环测量中常见的误差来源之一。
由于光源的强度和方向不稳定，会导致测量结果的波动和偏差。
2. 边缘环的模糊度：在测量过程中，由于透镜的曲率半径不一致或未完全精磨，会导致边缘环的模糊度增加，从而影响到测量结果的准确性。
3. 透镜与平台接触不均匀：透镜与平台接触不均匀也是造成误差的原因之一。
如果透镜与平台接触面存在微小的空隙或不平整，会导致光线的反射或折射发生变化，从而引入测量误差。
4. 环形干扰：环形干扰是由于光的衍射效应引起的，当光线经过透镜后，出射的光线会受到环形干扰的干扰，从而导致牛顿环的形态发生异常，造成测量结果的偏差。
5. 环形光斑的定位误差：由于环形光斑的大小和位置对测量结果有直接影响，因此环形光斑的定位误差也是一种重要的误差来源。
二、控制策略1. 光源的稳定化：为了减小光源的波动对测量结果的影响，可以采取稳定化措施，如使用稳定性较好的光源、加装滤光片、调节光源电流等，以确保光源的稳定性。
2. 透镜的精磨与检查：为了减小透镜边缘环的模糊度，需要对透镜进行精磨和检查。
在精磨过程中，应注意透镜的曲率半径和平整度，保证透镜的曲率半径均匀一致。
3. 平台调整：为了确保透镜与平台接触均匀，应仔细调整平台的位置和方向，以避免透镜与平台接触时存在空隙或不平整的情况。
4. 环形干扰的补偿：为了减小环形干扰对测量结果的影响，可以采用干涉滤光片、干涉仪等设备对环形干扰进行补偿和消除，以确保测量结果的准确性。
5. 环形光斑的准确定位：为了避免环形光斑的定位误差对测量结果的影响，可以通过调整透镜与光源之间的距离、改变光源的入射角度等方式，确保环形光斑的大小和位置符合要求。
大学物理实验光学用牛顿环干涉测透镜曲率半径
实验 用牛顿环干涉测透镜曲率半径（一）目的：1、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法。
2、通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
（二）仪器和用具：移测显微镜（JCD 3型）、钠灯牛顿环仪是由待测平凸透镜（凸面曲率半径约为200～300c ｍ〕Ｌ和磨光的平玻璃板Ｐ叠合装在金属框架Ｆ中构成。
框架边上有三个螺旋Ｈ，用以调节Ｌ和Ｐ之间的接触，以改变干涉环纹的形状和位置。
调节Ｈ时，螺旋不可旋得过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。
（三）原理：当一曲率半径很大的平凸透镜的凸面与一磨光平玻璃板相接触时，在透镜的凸面与平玻璃板之间将形成一空气薄膜，离接触点等距离的地方，厚度相同。
如图9-2所示，若以波长为的单色平行光投射到这种装置上，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亮暗相间的圆环形干涉条纹，而且中心是一暗斑（图a ）；如果在透射方向观察，则看到的干涉环纹与反射光的干涉环纹的光强分布恰成互补，中心是亮斑，原来的亮环处变为暗环，暗环处变为亮环（图ｂ），这种干涉现象最早为牛顿所发现，故称为牛顿环。
设透镜Ｌ的曲率半径为R ，形成的m 级干涉暗条纹的半径为r ｍ，m 级干涉亮条纹的半径为r ｍ’，不难证明r ｍ =λmRr ｍ’=2)12(λ⋅−R m 以上两式表明，当已知时，只要测出D 第m 级暗环（或亮环）的半径，即可算出透镜的曲率半径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，并且在接触时难免发生弹性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆面，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，计算结果必然有较大的误差。
为了减少误差，提高测最精度，必须测量距中心较远的、比较清晰的两个环纹的半径，例如测量出第m 1个和第m 2个暗环（或亮环）的半径（这里m 1，m 2均为环序数，不一定是干涉级数），因而（9－1）式应修正为r ｍ2 =（m+j ）R λ式中m 为环序数，（m ＋j ）为干涉级数（j 为干涉级修正值），于是λλR m m R j m j m r r m m )()]()[(12122212−=+−+=− 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（m 2-m 1）有关。
实验十用牛顿环测透镜曲率半径
实验十用牛顿环测透镜的曲率半径利用透明薄膜上下表面对入射光的依次反射，入射光的振幅将分解成有一定光程差的几部分。
若两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，则同一干涉条纹所对应的薄膜厚度相同。
这就是所谓的等厚干涉。
牛顿为了研究薄膜颜色，曾经用凸透镜放在平面玻璃上的方法做实验。
他仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹，从而首次认识了颜色和空气层厚度之间的关系。
1675年，他在给皇家学会的论文里记述了这个被后人称为牛顿环的实验，但是牛顿在用光是微粒流的理论解释牛顿环时却遇到困难。
19世纪初，托马斯.杨用光的干涉原理解释了牛顿环。
一、实验目的1、观察牛顿环产生的等厚干涉现象，加深对等厚干涉原理的理解。
2、掌握用牛顿环测量透镜曲率半径的方法。
二、实验仪器牛顿环，钠光灯，测微目镜。
三、实验原理1、牛顿环“牛顿环”是一种用分振幅方法实现的等厚干涉现象，最早为牛顿所发现。
为了研究薄膜的颜色，牛顿曾经仔细研究过凸透镜和平面玻璃组成的实验装置。
他的最有价值的成果是发现通过测量同心圆的半径就可算出凸透镜和平面玻璃板之间对应位置空气层的厚度；对应于亮环的空气层厚度与1、3、5…成比例，对应于暗环的空气层厚度与0、2、4…成比例。
但由于他主张光的微粒说（光的干涉是光的波动性的一种表现）而未能对它作出正确的解释。
直到十九世纪初，托马斯．杨才用光的干涉原理解释了牛顿环现象，并参考牛顿的测量结果计算了不同颜色的光波对应的波长和频率。
牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，将其凸面放在一块光学平板玻璃（平晶）上构成的，如图10.1所示。
平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。
若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。
其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环（如图10.3所示），称为牛顿环。
牛顿环干涉法测量球面的曲率半径
3. 暗环直径表达式:
r = (2 R hm ) hm ≈ 2 Rhm
2 m
r = mRλ → D = 4mRλ
2 m 2 m
2. 两光相消条件: m = (2m + 1) λ / 2 = 2hm + λ /2
(m = 0,1,2, …… 称干涉级数)
则暗条纹出现在下列位置处:
hm = m
四,技能 1. 光路调整 1 调节读数显微镜鼓轮,使显微 镜筒位于标尺中央(25mm处); 2 调整显微镜与钠光灯之间的方 位(左右,上下),使显微镜目 镜视场达到最亮.
2. 显微镜调整 1 调节目镜,看清十字叉丝线, 这是测量准线,必须清晰可辨; 2 从下往上调节显微镜筒,使看 到清晰的牛顿环干涉条纹. 3. 中心对准 移动牛顿环装置,使干涉环中心 与十字叉丝线交点一致.
4. 消除空回误差 由于测量准线是由鼓轮推动的, 而读数是在鼓轮上,因此当鼓轮 反转时,会产生读数已变而测量 准线未动的所谓空回误差;消除 的方法是:单方向对准读数. 建议:从左边40环单向地测到右 边40环,一可消除空回误差,二 是便于检查测量数据是否有误.
5. 数据实时检查 1 级数越高,级之间的距离是否 越小; 2 各级间左,右间距是否基本对 称.
λ
2
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4. 测量关系式: 为防止两玻璃直接接触造成形变 带来的误差,可作适当的垫高; 若垫高量为 h0 ,则程差为:
m = 2(h0 + hm ) + λ / 2 = (2m + 1) λ / 2
最终测量关系式为:
D = 8 Rh0 + 4 Rλ m
2 m
这是一个函数关系测量式.
三,直测量及测量仪器 1. 直测量: 测量对应于 m 级干涉条纹的直 径 Dm ;每隔 5 环测一个点,共 测 8 个直径,D5,D10,……,D40. 2. 测量仪器: 测量用读数显微镜,它应是一把 通过环中心的尺子,可以测量干 涉环的直径.
用牛顿环测平凸透镜的曲率半径实验报告
用牛顿环测平凸透镜的曲率半径实验报告实验名称：用牛顿环测平凸透镜的曲率半径实验目的：利用牛顿环的成像特性，测量平凸透镜的曲率半径，并掌握测量方法及误差分析。
实验原理：牛顿环实验是一种利用干涉现象来测量曲率半径的方法。
在实验中，光线经过一个平凸透镜后会在光斑处形成一组彩虹环，称为牛顿环。
当凸透镜与玻璃板接触时，光波的反射和折射都会产生相位差，因此彩虹环会发生移动。
根据牛顿环移动的程度，就可以计算出凸透镜的曲率半径。
牛顿环的半径r和平板厚度d之间的关系式为：r = (m-1)λd/m其中m为第m级暗纹，λ为光的波长。
实验步骤：1. 用蘸有甲醇的棉签擦拭干净透镜并与平板紧密相接。
2. 打开白光源，将凹透镜放在光源上方，调整高度，使之位于平板上方10-12厘米，使白光垂直入射，形成明暗相间的彩虹环。
3. 用显微镜对牛顿环进行观察，找到第一级暗圆环的位置，记下光程差d1，并记录m的值。
4. 令平板转过n个角度，找到第m级暗圆环的位置，记下光程差dn，并计算m个不同角度时的光程差d1,d2,…,dm。
5. 根据公式计算出曲率半径r的值。
实验数据及误差分析：移动前光程差d1=xxxx，移动n个单位后光程差dn=xxxx处理数据得到曲率半径r=xxxx误差主要来源于以下两个方面：1. 手动转动平板时，可能会出现误差，导致找到的暗纹位置有偏差。
2. 牛顿环受外界环境影响较大，如温度、湿度等，也会对测量结果产生影响。
实验总结：通过本次实验，我们掌握了利用牛顿环进行测量的方法，并对测量结果进行了误差分析。
同时，我们也发现，在实验中应尽量减少人为因素对实验结果的影响，提高实验精度。
用牛顿环测透镜曲率半径
1．实验十四用牛顿环测透镜曲率半径牛顿环是牛顿在1675年所做的著名实验。
牛顿环是等厚干涉的一种，它在光学计量、基本物理量测量等方面有广泛的应用：用牛顿环测定光波的波长、透镜曲率半径，用牛顿环来检验磨制透镜的质量等。
实验目的1、加深对光的干涉原理的理解；2、观察和研究光的等厚干涉现象及其特点；3、掌握用牛顿环测定透镜曲率半径的方法。
实验仪器牛顿环仪、读数显微镜、单色光源(钠灯)。
图一牛顿环仪的结构实验原理牛顿环仪是由待测平凸透镜L(曲率半径约为200—700 cm)和磨光的平玻璃板P叠合装在金属框架F中构成(图一)，框架上有三个螺旋H，用以调节L和P之间的接触，改变干涉环纹的形状和位置。
调节H时，螺旋不可旋的过紧，以免接触压力过大引起透镜弹性形变，甚至损坏透镜。
图二测量原理如图二所示．将曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一光学平面玻璃上，在透镜和平面之间形成空气膜，以平行单色光垂直照射时，经空气膜层上、下两表面反射的两束光发生干涉，在空气膜上表面出现一组干涉条纹。
干涉条纹是以接触点O 为圆心的一系列同心圆环，称为牛顿环。
在图中，设r 为牛顿环某环的半径，e 为与该环对应的空气膜层的厚度。
考虑到光在空气膜下表面反射的光，是从光疏介质(空气)入射到光密介质(玻璃)，有半波损失，而在空气膜上表面反射的光，是从光密介质入射到光疏介质，无半波损失。
所以在空气膜上、下表面反射的两束反射光的光程差为22λ+=∆e (1)在直角三角形AOC 中，有：222)(r e R R +-=从而得： eR r e -=22考虑到e<<R, e 跟R 相比可以略去，即Rr e 22= (2)代入(1）式，可得到：22λ+=∆R r根据干涉相长和干涉相消的条件：可得明环半径为：2)12(λR k r -= ),2,1( =k(3)暗纹半径为：λkR r= ),2,1,0( =k(4)必须指出，由于干涉条纹有一定宽度，上式中的r 是第K 级牛顿环的条纹中心到圆环中心的距离。
实验二 用牛顿环测平凸透镜的曲率半径
实验二用牛顿环测平凸透镜的曲率半径实验目的实验原理1.牛顿环现象的产生原理在平行光照射下，将一与光学轴垂直的光学平面玻璃片和一凸透镜组合在一起，二者的光学中心重合，则在它们的接触面之间形成一个光程不同的薄透明带状区域，即牛顿环。
在这个区域内，光波经过两次反射，一次透射后再反射，产生干涉，形成明暗相间的环纹。
光程差相等的光线干涉相干，会加强，光强变大；反之，光线干涉破坏，光强变小。
通过观察牛顿环的位置和直径可以测量得到参考表面的曲率半径。
2.测量曲率半径的方法将透镜放在平行光源下，用放大镜观察透镜正面的牛顿环，调节透镜的位置使透镜与平面玻璃片最近接触，记下此时各级圆环直径，用公式:R = r^2/2t其中，R为曲率半径，r为环的半径，t为玻璃片和透镜间的距离。
实验器材1.牛顿环装置2.凸透镜一只3.平面玻璃片两片4.放大镜实验步骤1.调节牛顿环装置，使其平稳，调整气泡使其位于中央。
2.在透镜正面涂上一层抛光膏，在平面玻璃片上涂上一层胶水。
3.将平面玻璃片和透镜尽可能地平行安装在涂有抛光膏的透镜正面之上，轻轻压下，然后轻轻地移动平面玻璃片，直到找到最小牛顿环。
4.在平面玻璃片周围绕一圈，将牛顿环划分成等分。
5.用放大镜观察牛顿环的位置，记录最小牛顿环的半径。
6. 单独安装透镜在牛顿环装置上，并调节透镜与平面玻璃片之间的距离，用游标卡尺测量该距离。
7. 根据公式R=r^2/2t计算出透镜的曲率半径。
实验注意事项1.实验过程中要轻轻移动平面玻璃片，以免破坏牛顿环的对称性。
2.在调节透镜的位置时，应防止透镜在接触平面玻璃片时产生畸变。
实验结果1.记录不同牛顿环的半径，计算曲率半径R的值。
2.将不同R的值绘制成图像，观察曲线的特点，并说明其意义。
通过实验，测量了平凸透镜的曲率半径，并了解了牛顿环的原理和应用。
通过绘制曲线可以发现，在透镜的中心处，曲率半径最小，在边缘处则最大，而且在两边的变化趋势大致相同，但是变化的速度不一样。