牛顿环预习题
等厚干涉——劈尖牛顿环实验参考答案
一、选择题1. 在等厚干涉实验中，设牛顿环的空气薄层厚度为e，则当2eA：为入射光波长的整数倍时产生暗条纹，为入射光半波长的奇数倍时产生明条纹 B：为入射光波长的整数倍时产生暗条纹，为入射光波长的奇数倍时产生明条纹 C：为入射光波长的整数倍时产生明条纹，为入射光半波长的奇数倍时产生暗条纹 D：为入射光波长的整数倍时产生明条纹，为入射光波长的奇数倍时产生暗条纹请选择:Ａ２．两束光在空间相遇产生干涉的条件是A：频率相等B：振动方向相同C：相位差恒定，且满足一定条件D：abc都是请选择:Ｄ３．牛顿环实验中，读数显微镜的视场中亮度不均匀，其原因是A：显微镜的物镜有问题B：反光玻璃片放反了C：入射单色光方向不正D：显微镜的目镜有问题请选择:Ｃ４．牛顿环是一种A：不等间距的衍射条纹B：等倾干涉条纹C：等间距的干涉条纹D：等厚干涉条纹请选择：Ｄ５．牛顿环实验中，单向测量的目的是为了消除A：视差B：读数显微镜测微鼓轮的仪器误差C：测微螺距间隙引起的回程误差D：ABC都不是请选择:Ｃ６．劈尖干涉实验中，若测得20个劈尖干涉条纹间隔L1，劈尖条纹的总长为L，则其包含的干涉暗条纹总数为A：20L/L1 B：20L1/L C：L/(20L1) D：L1/(20L)请选择:Ａ７．牛顿环实验中有如下步骤：①调节读数显微镜的反光片和纳光灯的位置，使其视场明亮均匀②调节目镜使叉丝像清晰③将牛顿环放于载物台，由下向上调节镜筒，得到清晰的干涉条纹④调节牛顿环的位置和叉丝方向，使牛顿环中某环在纵向叉丝沿主尺方向移动时始终于横向叉丝相切⑤测量。
则正确的实验顺序是A：a b c d e B：b c a d e C：a b d c e D：d a c b e请选择：Ａ８．在牛顿环实验中，读数显微镜的调节要求是A：叉丝清晰B：显微镜内视场均匀明亮C：图象清晰D：abc都是请选择:Ｄ９．牛顿环实验中，若已知凸透镜的曲率半径R，选出下列说法中正确的（）A：可通过它测单色光的波长B：可通过它测平板玻璃的厚度C：可用之测牛顿环中平板玻璃的折射率D：可用它测凸透镜的折射率请选择:Ａ１０．牛顿环实验中，暗环半径边缘与平板玻璃的垂直距离为e=kλ/2,暗环半径满足r^2=kRλ，其成立的条件是A：R>e D：R>>e请选择:Ｄ１１．牛顿环装置的平面玻璃上表面是标准平面，而平凸透镜的凸表面加工后发现某处有擦伤（凹痕），用这一装置观察反射的牛顿环时，对应擦伤的干涉条纹应向_____弯曲A：环外B：环心C：环心和环外都有D：以上都不对请选择:Ｂ二、判断题1. 牛顿环和劈尖分别属于等厚干涉和等倾干涉。
实验42 牛顿环
实验42 牛顿环教学目标重点与难点实验内容教学方法教学过程设计 一．讨论1. 请画出牛顿环实验装置的光路图和干涉原理图2. 为什么说牛顿环是一种等厚干涉现象？从牛顿环干涉光路原理图，我们可以推出相干光束①和②的光程差为dL P2222λ+=λ+=δd nd ① 其中λ/2是由于光在平面玻璃上反射有半波损失而产生的附加光程差。
从公式可以看到光程差δ由空气薄层的厚度d 决定，干涉条纹是等d 的轨迹，即由干涉产生的条纹与一定的薄层厚度对应，这种干涉就是等厚干涉，相应的干涉条纹叫做等厚干涉条纹。
3. 如何利用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径？由干涉光路原理图中的几何关系和明暗条纹应满足的条件，可推出明暗条纹的半径公式为明条纹： 2)12(2λ-=R k r k 暗条纹： λ=kR r k 2可见，如果已知单色光的波长λ，测出第K 级暗环（或亮环）的半径r k ，就可以算出透镜的曲率半径R 。
反之，如果R 已知，就可以算出入射光波长λ。
4. 实验时，如果应用②式，通过测量牛顿环半径来测量R ，会给测量结果有什么不好的影响？如何解决？应用②式测R 或λ常常容易产生很大的误差，原因是这种方法要求凸透镜与平板平面镜接触为点接触。
事实上，由于接触有压力形变，使接触处变为暗斑，干涉条纹的级数K 也就难以确定，甚至有时接触处附着尘埃，会引起附加光程差使中心变为亮斑。
另外靠人眼目视确定圆斑中心位置也难定准，r k 也就难以测准确。
这些现象都给测量结果带来很大的误差。
解决的办法是应用下式来测量λ--=)(422n m D D R n m ③可见，该式把测量各个级次暗环半径变为测一定级差（m-n ）下的干涉暗环直径 )(22n m D D -平方差，从而避免了因中心是暗斑所造成的级次K 难以确定和暗斑中心位置难以定准以及牛顿环中心接触处附可能附有尘埃等因素所带来的测量误差。
二、预习检查提问问题：1、 牛顿环实验需要用到什么仪器？牛顿环装置是由什么构成的？2、 牛顿环实验看到的明暗相间的同心圆环是一种什么干涉现象？3、 在应用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径R 时，为什么采用测量彼此相隔一定环数的暗环直径（Dm 和Dn ）来计算R ？4、 在实验原理和实验内容中提出了哪些措施，来避免或减少误差？5、 读数显微镜测量出来的是牛顿环的真实直径还是牛顿环的放大像直径？若增大显微镜的放大倍率，是否会影响到测量的结果？ 三．课后思考题1. 从牛顿环装置的下方透射出来的光，能否形成干涉条纹？如果能的话，它和反射光形成的干涉条纹有何不同？提示：入射光束经过牛顿环装置的空气薄层分出来的两束透射光是否是相干光？如果是的②图A图B话，两束光相遇就会产生干涉；这两束透射光有没有发生半波损失？中心点的光程差δ=？2. 假如测量过程中，叉丝中心未与牛顿环中心重合，测得的是弦，而不是直径，则对R 的结果有无影响？为什么？提示：从右图A ，看能否证明2222nm n m D D d d -=-。
牛顿环思考题及答案
（1）牛顿环的中心在什么情况下是暗的，在什么情况下是亮的？中心处是暗斑，这是因为中心接触处的空气厚度，而光在平面玻璃面上反射时有半波损失，所以形成牛顿环中心处为暗斑(用反射光观察时)。
当没有半波损失时则为亮斑。
当有半波损失时为暗纹，没有半波损失时为亮纹。
（2）实验中为什么用测量式 λ)(422n m D D R n m --=，而不用更简单的λK r R k 2=函数关系式求出R 值？因为用后面个关系式时往往误差较大，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形变，使接触点成为一个圆面，干涉环中心为一暗斑，所以无法确定环的几何中心。
所以比较准确的方法是测量干涉环的直径。
测出个对应k 环环直径Dk ，由rk 2 =k λR 可知Dk 2=4R λk,又由于灰尘等存在，是接触点的dk ≠0，其级数也是未知的，则是任意暗环的级数和直径Dk 难以确定，故取任意两个不相邻的暗环，记其直径分别为Dm 和Dn(m>n),求其平方差即为Dm2-Dn2=4(m-n)R λ,则R=(Dm2-Dn2)/4(m-n) λ(3) 在本实验中若遇到下列情况，对实验结果是否有影响？为什么？①牛顿环中心是亮斑而非暗斑。
②测各个D m 时，叉丝交点未通过圆环的中心，因而测量的是弦长而非真正的直径。
1. 环中心出现亮斑是因为球面和平面之间没有紧密接触（接触处有尘埃，或有破损或磨毛），从而产生了附加光程差。
这对测量结果并无影响（可作数学证明）。
2.( 提示：从左图A ，看能否证明:2222n m n m D D d d -=-)没有影响.可能的附加光程差会导致中心不是暗点而是亮斑,但在整个测量过程中附加光程差是恒定的,因此可以采用不同暗环逐差的方式消除 （4）在测量过程中，读数显微镜为什么只准单方向前进，而不准后退？会产生回程误差，即测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同，从而产生误差. d d mDnDmh r n r m n 图A Rd n =1 H 图B。
实验十七 等厚干涉—牛顿环
6. 计算透镜的曲率半径 R ，并计算绝对不确定度ΔR，最 后结果表示成：
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RRR
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ห้องสมุดไป่ตู้
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【预习思考题】
1．为何用 而不用
R Dm2 Dn2
4(m n)
R
r
2 k
k
测量透镜的曲率半径 R ？ 2．逐差法处理数据的优点何在？ 3．测量中应注意什么问题？
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实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验内容】 1．如图所示，将牛顿环装置放在显微镜工作台上，
单色光源（钠光灯，其波长为 589nm） 放在45°透光半反 射镜 前方且与其等高。考虑到其背景亮度，可不使用下方 反射境。首先仅凭眼睛沿镜筒方向观察牛顿环（彩色的小 园环），若找到，再移动牛顿环装置，并调整显微镜筒位 置，使牛顿环处在镜筒正下方。
实验十七 等厚干涉—牛顿环
实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验装置】
读数 显微 镜
钠光 灯
牛顿 环
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实验十七 等厚干涉—牛顿环
【实验原理】
牛顿环的结构如图所示，上部为一曲率半径为 R 的平凸透 镜，下部为一平板玻璃，中间形成一空气层。当用单色平 行光垂直照射时，空气层上表面反射的光与空气层下表面 反射的光满足相干条件，将产生光的干涉。由于各处空气 层厚度 e 不同，将产生不同的光程差。由等厚干涉原理可 知，凡厚度相同的地方将形成同一级次的条纹。显然，这 里产生的干涉图样将是以透镜与平板玻璃的接触点为圆心 的明暗相间的同心圆。我们称这些同心圆为牛顿环，如图 所示。
2．调节目镜，使十字刻度线清晰。
读数显微镜
牛顿环法测量透镜曲率半径
实验：用牛顿环法测透镜曲率半径姓名：王现宁 学号：1308114064 同组人：莫彬彬【实验目的】1. 观察干涉现象。
2. 通过实验加深对等厚干涉原理的理解。
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，钠灯，玻璃片（连支架），移测显微镜。
【预习要求】1. 理解等厚干涉原理。
2. 熟悉调出、观察牛顿环的方法。
3. 制定用牛顿环测定透镜曲率半径的方法步骤，列出记录表。
【实验原理】一、牛顿环干涉现象由光波的叠加原理可知，当两列振动方向相同、频率相同而相位差保持恒定的单色光叠加后，光的强度在叠加区的分布是不均匀的，而是在有些地方呈现极大，另一些地方呈现极小，这种在叠加区出现的稳定强度分布现象称为光的干涉。
要产生光的干涉现象，应满足上述三个条件，满足这三个条件的光波称为相干光。
获得相干光的办法往往是把由同一光源发出的光分成两束。
一般有两种方法，一种是分波振面法，一种是分振幅法。
分波振面法是将同一波振面上的光波分离出两部分，同一波振面的各个部分有相同的相位，这些被分离出的部分波振面可作为初相相位相同的光源，这些光源的相位差是恒定的，因此在两束光叠加区可以产生干涉。
双缝干涉、双棱镜干涉等属于此类。
分振幅法是利用透明薄膜的两个表面对入射光的依次反射，将入射光的振幅分割为两部分，这两束光叠加而产生干涉。
劈尖、牛顿环的干涉等属于此类，下面介绍牛顿环的干涉原理。
如图1所示，将一块曲率较大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上，组成一个牛顿环装置，在透镜的凸面与平面玻璃片上表面间，构成了一个空气薄层，在以接触点O 为中心的任一圆周上的各点，薄空气层厚度都相等。
因而，当波长为λ的单色光垂直入射时，经空气薄层上、下表面反射的两束相干光干涉所形成的干涉图像应是中心为暗斑的、非等间距的、明暗相间的同心圆环，此圆环被称为牛顿环。
eRo D 光r R -e 光图1 牛顿环设平凸透镜的曲率半径为R ，距接触点O 半径为r 的圆周上一点D 处的空气层厚度为e ，对应于D 点产生干涉形成暗纹的条件为2)12(22λλ+=+k e ),2,1,0( =k （1）由图1的几何关系可看出 222222Re 2)(e R r e R r R +-+=-+= （2）因e R >> ，上式中的2e 项可略去，所以得Rr e 22= （3） 将e 值代入式（11-1）化简得R k r λ=2 （4）由式（4）可知，如果已知单色光的波长λ，又能测出各暗环的半径k r ，就可以算出曲率半径R 。
牛顿环
1.学会使用读数显微镜测距.
2.理解用分振幅法实现双光束干涉.
【实验目的】
1．观察光的等厚干涉现象，加深对干涉现象的认识.
2．掌握读数显微镜的使用方法，并用牛顿环测量平凸透镜的曲率半径.
3．学习用最小二乘法、逐差法和作图法处理实验数据.
【实验仪器】
钠光灯( )，牛顿环装置，读数显微镜等
图1牛顿环装置
光的干涉是重要的光学现象之一.由同一光源发出的光分成两束光，在空间经过不同路径会合在一起，当光程差小于光源的相干长度时，一般都会产生干涉现象.在干涉现象中，对相邻两干涉条纹来说，形成干涉条纹的两束光的光程差的变化量等于相干光的波长.因而测量干涉条纹数目和间距的变化，就可以知道光程差的变化，从而推出以光波波长为单位的微小长度变化或者微小的折射率差值等，所以干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用，如测量光波波长，精确测量微小长度、厚度和角度，检验试件表面的光洁度，研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等.“牛顿环”是一种分振幅法等厚干涉现象，1675年，牛顿首先观察到这种干涉，但由于牛顿信奉光的微粒说而未能对其作出正确的解释.
其中m为干涉级数.在接触点 ，由于有半波损失，两相干光光程差为 ，所以形成一暗点.综合(1)、(2)和(3)式可得第m级暗环的半径为
(4)
可见暗环半径 与环的级次 的平方根成正比，所以牛顿环越向外环越密.如果单色光源的波长 已知，测出第 级暗环的半径 ，就可由上式求出平凸透镜的曲率半径 ，或若已知 可求出波长 .
【实验原理】
在一块平滑的玻璃片B上，放一曲率半径很大的平凸透镜A(图1)，在A、B之间形成一劈尖形空气薄层.当平行光束垂直地射向平凸透镜时，可以观察到在透镜表面出现一组干涉条纹，这些干涉条纹是以接触点O为中心的同心圆环，称为牛顿环(图2).
物理试题牛顿环和光的偏振
物理试题牛顿环和光的偏振物理试题：牛顿环和光的偏振物理试题一：牛顿环牛顿环是一种利用光干涉现象观察透明介质薄片性质的实验。
以下为典型的牛顿环试题：1. 牛顿环的原理是什么？2. 描述牛顿环实验的装置和步骤。
3. 如何利用牛顿环实验测量透明薄片的厚度？答案：1. 牛顿环的原理：当平行光通过一块透明薄片时，由于光的反射和折射现象，在薄片和玻璃基板之间形成一系列亮暗交替的圆环。
这是因为光波在反射和折射过程中会产生干涉，而干涉导致了光强的增强或衰减，形成了牛顿环的图样。
2. 牛顿环的装置和步骤：a. 准备一块平坦透明薄片和一块平行玻璃基板。
b. 在光源处，将光通过凸透镜聚焦形成平行光射到玻璃基板上。
c. 将透明薄片放在基板上，形成牛顿环。
d. 通过目镜观察牛顿环的图样。
3. 利用牛顿环实验测量透明薄片的厚度：a. 通过调节目镜距离，使得中央圆环明暗交替。
b. 记录目镜位置，即可测量透明薄片的厚度。
物理试题二：光的偏振光的偏振是光振动方向的限制性，以下为典型的光的偏振试题：1. 什么是光的偏振？2. 描述光的偏振实验的装置和步骤。
3. 如何判断光的偏振状态？答案：1. 光的偏振是光波振动方向的限制性。
当光波的振动方向只在一个平面上振动时，我们说光是偏振的。
2. 光的偏振实验的装置和步骤：a. 准备一束自然光和一块偏振片（如尘埃滤镜）。
b. 将光通过偏振片，观察光的透过情况。
3. 判断光的偏振状态：a. 自然光透过偏振片，光不受限制地透过。
b. 偏振光透过偏振片，光只有在特定方向上透过，其他方向被阻挡。
综上所述，牛顿环和光的偏振是物理学中重要且有趣的实验现象。
通过实验可以深入理解光的性质和光的运动规律，进一步拓展我们对光学的认识。
《光学实验》牛顿环测透镜的曲率半径练习题
牛顿环测透镜的曲率半径。
1、用牛顿环干涉测透镜曲率半径时，照在牛顿环仪上的钠光是（）A.扩展光B.平行光C.会聚光D.漫反射光2、用显微镜测牛顿环时，同方向转动鼓轮中途不可倒转，这是因为（）A、消除螺距差 B. 减小调节误差C. 测量方便D. 测微鼓轮刻度不均匀3、本学期实验中，你所测到的牛顿环仪上平凸透镜的曲率半径为( )A. 25cmB.1.5mC.3.0mD.3.5m4、在光的干涉实验中，读数显微镜在测量时只能朝一个方向前进，其目的是（）A.测量方便B.消除读数显微镜的空程差C.消除读数显微镜的视差D.避免眼睛疲劳5、用牛顿环测量半凸透镜曲率半径时，对实验结果有影响的是（）A.牛顿环中心是亮斑而不是暗斑B.测量直径时，叉丝交点没有通过环心C.测量直径时，测微鼓轮中途倒转D.测量直径时，测微鼓轮中途不倒转，只向一个方向旋转。
6、不是助视光学仪器的是（）A.移测显微镜B. 短焦距望远镜C.测微目镜D.平行光管7、在牛顿环干涉实验中，对测量结果有较大影响的操作步骤是（）A.牛顿环仪未固定好B.测量中读数显微镜的读数鼓轮不是始终朝一个方向转动C.读数显微镜调焦不是最清晰D.牛顿环仪未处于读数显微镜正下方，发生半波损8、牛顿环装置如图所示，共有四个反射面（图中1、2、3、和4）失的反射面是( )9、下列存在回程差的实验仪器是什么？ ( )A.螺旋测微计B.读数显微镜C. 分光计D. 以上三个都是10、牛顿法的干涉条纹应当以凸透镜与平板玻璃的接触点为圆心的同心圆，实际。
上多数情况是出现一个大黑斑。
下列说法正确的是（）A.凸透镜与平板玻璃压得太紧B.接触处有灰尘；C.黑斑的出现对实验结果有影响D.黑斑的出现对实验结果无影响（多选） A．反。
11、在看清叉丝的情况下只看到钠黄光，看不到牛顿环。
原因可能是（）射镜位置放备 B．牛顿环装翼的位置不恰当C．物镜聚焦不对 D．目镜聚焦不对12、牛顿环测曲率半径实验中，观测到的同心干涉圆环是什么干涉？（）A. 等倾干涉B. 非定域干涉C. 等厚干涉D. 双缝干涉13、牛顿环测曲率半径实验中，观测到的同心干涉圆环的疏密分布是什么？( )A. 均匀分布B. 从内到外逐渐变得稀疏C. 从内到外逐渐变得密集D. 无规律的14、在牛顿环实验中，所用的光源是什么？( )A. 高压汞灯B. 低压汞灯C. 白炽灯D. 钠光灯15、牛顿环实验中，我们取两环直径的平方差，是为了什么？( )A. 简化计算B. 减小偶然误差C. 减小系统误差D. 避免空程误差16、牛顿干涉条纹中心是高级次还是低级次？为什么？牛顿干涉条纹间距如何变化？为什么？17、牛顿环的各环是否等宽环的密度是否均匀? 具体如何？如何解释 ?。
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牛顿环预习题
1.牛顿环条纹的特点是：（）
A随着半径的增大越来越稀疏
B随着半径的增大越来越稠密
C 牛顿环条纹等间距
2.以下哪项说法是不正确的？
A、调节清晰度过程中，眼睛通过显微镜目镜观察时，只允许自下而上的调节。
B、钠光灯尽量不要在通电发光时移动，尤其禁止碰撞或激烈活动。
C、牛顿环装置在使用前应该先调节三个送进螺钉，使中心暗斑位于中心并最小。
D、钠光灯不需要预热就能正常发光。
3. 以下对牛顿环的相关描述，哪项是不正确的？
A、牛顿环是等厚干涉条纹
B、牛顿环装置是一种光学现象
C、牛顿环产生的条件，要求入射光必须是单色光
D、牛顿环是一系列的同心圆
4.牛顿环现象中，干涉光是如何形成的？
A分波阵面法
B、分振幅法
5. 影响观察到牛顿环清晰度的因素有哪些？
（1）目镜调节；（2）物镜到牛顿环的距离；（3）45°角玻璃片的俯仰角；玻璃片是否正对钠光光源；（4）载物台底下背景光反射镜的角度；(5)物镜的放大倍数。
A、（1）（2）（4）（5）
B、（1）（2）（3）（4）（5）
C、（1）（2）（3）（4）
D、（2）（3）（4）（5）
6.本实验中直径平方差项是否存在B类不确定度？
A 是B非
7.在计算曲率半径R的不确定度时，先计算那个更便捷？
A. 相对不确定度。
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