牛顿环实验
牛顿环实验
牛顿环实验引言牛顿环实验是一种基于光波干涉现象的实验，由英国物理学家爱萨克·牛顿于17世纪发现和描述。
这个实验通过使用一块凸透镜和与其接触的一块平面玻璃板来观察干涉现象。
在实验中，光在透镜和玻璃板之间反射和折射，形成了圆形的干涉环。
这些干涉环的直径和强度可以用来计算透镜和玻璃板的特性以及光的波长。
牛顿环实验为研究光学干涉提供了重要的实验基础。
实验原理牛顿环实验依赖于光的干涉现象。
当光通过透明介质表面并发生反射或折射时，会发生干涉现象。
牛顿环实验中的凸透镜和平面玻璃板之间形成的空气薄膜就是干涉的介质。
当平行入射的光通过透镜时，由于光线朝向法线的度数不同，光线将发生不同程度的折射。
这些折射光线相遇并发生干涉，形成一系列明暗相间的圆环。
这些圆环被称为“牛顿环”。
实验步骤进行牛顿环实验的步骤如下：1. 准备实验装置：将一块凸透镜放在平坦的台座上，然后将一块平面玻璃板放在透镜上。
确保透镜和玻璃板之间有足够的接触以形成空气薄膜。
2. 照明实验装置：使用光源照明实验装置，确保光线垂直于透镜和玻璃板表面。
这可以通过调整光源和装置之间的距离来实现。
3. 观察牛顿环：通过透镜观察干涉环。
透镜的中心将显示最亮的环，然后环的亮度将逐渐减弱直到消失。
这些环的直径的变化可以用来计算透镜和玻璃板的特性。
实验结果分析牛顿环实验中观察到的干涉环的直径可以用来计算玻璃板的厚度。
根据光的干涉理论，当光由高折射率介质（透镜）射向低折射率介质（玻璃板）时，从中心到第N个圆环的半径R可以通过以下公式计算：R = sqrt(N * λ * R / (2 * n))其中，N是干涉环的数量，λ是光的波长，n是玻璃的折射率。
利用实验测得的干涉环半径和已知的波长，可以推算出玻璃的折射率。
实验结果的精度将取决于实验仪器的精确度和实验者的技巧。
应用领域牛顿环实验在科学和工程领域具有广泛的应用。
这个实验可以用来测量透镜的曲率半径、表面形状和折射率，以及透明材料的性质。
大学物理牛顿环实验
大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。
当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。
反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。
当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。
这些反射和透射光会相互干涉，形成明暗相间的条纹，这就是牛顿环。
三、实验步骤1、调整分光仪，使一束光通过玻璃棱镜，分成两束相干光，并在空间叠加。
2、调整分光仪的望远镜，观察到清晰的牛顿环。
3、使用读数显微镜测量牛顿环的直径，并记录下来。
4、改变分光仪的棱镜角度，观察干涉条纹的变化，并记录下来。
5、分析实验数据，得出结论。
四、实验结果与分析1、实验结果在实验中，我们观察到了清晰的牛顿环干涉现象，并且使用读数显微镜测量了牛顿环的直径。
随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹也会发生变化。
2、结果分析通过实验数据，我们可以得出以下（1）牛顿环是由两束相干光在空间叠加而形成的干涉现象。
（2）干涉条纹的明暗交替是由于两束光的相位差引起的。
（3）通过测量牛顿环的直径，我们可以计算出光波的波长。
（4）随着分光仪棱镜角度的变化，干涉条纹会发生变化，这是因为光的波长和入射角发生了变化。
五、结论通过本次实验，我们深入了解了干涉现象与光波的波动性质，学习了使用分光仪、读数显微镜的方法。
这对于我们今后在光学领域的研究具有重要意义。
大学物理牛顿环实验一、实验目的1、观察牛顿环的干涉现象2、研究干涉现象与光波的波动性质3、学习使用分光仪、读数显微镜的方法二、实验原理牛顿环是一种典型的干涉现象，它是由一束光分成两束相干光，在空间叠加而成。
当一束光照射在玻璃表面时，会产生反射和透射两种现象。
反射光会在玻璃表面形成亮斑，而透射光则会继续传播。
当透射光再次照射到玻璃表面时，会再次产生反射和透射，形成一系列的反射和透射光。
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：
19.08.2021
RRR
7
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
牛顿环实验的原理与方法实现精确测量
牛顿环实验的原理与方法实现精确测量牛顿环实验是一种旨在测量光学元件厚度的经典实验方法。
它基于光的干涉现象，利用干涉环的形成和干涉条纹的展示来进行精确测量。
本文将介绍牛顿环实验的原理以及方法来实现精确的测量。
一、牛顿环实验的原理牛顿环实验依赖于菲涅尔双折射原理和干涉现象。
当光线从一个折射率较大的介质射入一个折射率较小的介质时，会发生折射和反射。
而在这个过程中，光的波前会发生相位差的变化。
当两束光线重新相交时，由于相位差的变化，会形成干涉条纹。
在牛顿环实验中，使用空气和玻璃片构成一个薄凸透镜。
当平行光通过这个薄透镜时，玻璃片上会形成一系列的干涉圆环，这就是牛顿环。
干涉环的半径与光的波长、波前曲率半径以及玻璃片的厚度有关。
通过测量干涉环的半径，可以计算出玻璃片的厚度。
二、牛顿环实验的方法实现精确测量1. 实验准备：a. 准备一块光学平行玻璃片和一个白光光源。
b. 调整光源位置，确保光线垂直射入玻璃片。
c. 在观察区域准备一块干净的白纸作为接收屏。
2. 实验步骤：a. 将玻璃片放在白纸上，并将光源置于适当的位置，使得光线通过玻璃片。
b. 在白纸上观察干涉环的形成。
可以调整光源位置来改变干涉环的清晰程度。
c. 选取一个明亮而清晰的干涉环，使用显微镜进行观察，并测量干涉环的半径。
可以使用标尺或显微镜自带的目镜测量刻度来进行精确测量。
d. 重复测量多组干涉环的半径，以减小误差。
3. 数据处理：a. 记录不同干涉环半径的测量值。
b. 对测量值进行平均，得到较为精确的玻璃片厚度。
通过以上步骤，我们可以利用牛顿环实验来精确测量光学元件的厚度。
当然，在实际操作中还需注意以下几点：- 保持实验环境的稳定，避免震动和空气流动对实验结果的影响。
- 在测量过程中，需要使用高精度的测量仪器，如显微镜和标尺，以提高测量的准确度。
- 需要多次重复测量，以获得更为可靠的结果。
可以计算平均值并计算标准偏差，以评估测量的准确性和精确度。
牛顿环探究实验报告
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环的等厚干涉现象；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 理解光的干涉原理及其在实际应用中的价值。
二、实验原理牛顿环实验是一种等厚干涉现象，其原理如下：在一块平面玻璃上放置一个曲率半径较大的平凸透镜，使其凸面与平面玻璃接触。
在接触点附近，形成一层厚度不等的空气膜。
当单色光垂直照射到牛顿环上时，空气膜上、下表面反射的光束在空气膜上表面相遇，发生干涉。
由于空气膜厚度相同的地方形成相同的干涉条纹，因此这种现象称为等厚干涉。
根据波动理论，两束相干光的光程差为：ΔL = 2dλ/2k其中，d为空气膜厚度，λ为入射光的波长，k为干涉级数。
当光程差满足以下条件时：ΔL = kλ（k=0, 1, 2, ...）时，产生明环；ΔL = (2k+1)λ/2（k=0, 1, 2, ...）时，产生暗环。
三、实验仪器与材料1. 平面玻璃板；2. 平凸透镜；3. 单色光源（如钠光灯）；4. 读数显微镜；5. 移动平台；6. 记录纸和笔。
四、实验步骤1. 将平面玻璃板放在移动平台上，确保其水平；2. 将平凸透镜放在平面玻璃板上，使凸面与平面接触；3. 将单色光源放置在实验装置的一侧，调整光源方向，使光线垂直照射到牛顿环上；4. 使用读数显微镜观察牛顿环，调整显微镜位置，使干涉条纹清晰可见；5. 记录牛顿环的干涉条纹，包括明环和暗环的位置；6. 利用干涉条纹的间距，根据公式计算透镜的曲率半径。
五、实验结果与分析1. 观察到牛顿环为明暗相间的同心圆环，且中心接触点附近为暗环，向外逐渐变为明环；2. 根据干涉条纹间距，计算透镜的曲率半径，并与理论值进行比较；3. 分析实验误差，如光路调整误差、读数误差等。
六、实验结论1. 通过观察和分析牛顿环的等厚干涉现象，验证了光的干涉原理；2. 利用干涉现象测量透镜的曲率半径，实验结果与理论值基本吻合；3. 通过实验，加深了对光学干涉现象及其应用的理解。
牛顿环实验报告原理(3篇)
第1篇一、实验背景牛顿环实验是光学中的一个经典实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。
牛顿环实验的核心原理是等厚干涉现象，即在薄膜层厚度相同的位置，光波发生干涉，形成明暗相间的条纹。
二、实验原理1. 牛顿环的形成牛顿环实验装置主要由一块曲率半径较大的平凸透镜和一块光学玻璃平板组成。
当平凸透镜的凸面与平板接触时，在接触点附近形成一层空气膜。
当平行单色光垂直照射到牛顿环装置上时，光在空气膜的上、下表面反射，形成两束光波。
这两束光波在空气膜上表面相遇，产生干涉现象。
2. 等厚干涉现象在牛顿环装置中，空气膜的厚度从中心到边缘逐渐增加。
由于空气膜厚度相同的位置对应于同一干涉条纹，因此这种现象称为等厚干涉。
根据等厚干涉原理，厚度相同的位置，光程差也相同，从而形成明暗相间的干涉条纹。
3. 牛顿环的干涉条件在牛顿环装置中，光在空气膜上、下表面反射的两束光波发生干涉，干涉条件为：Δ = mλ其中，Δ为光程差，m为干涉级次，λ为光波长。
4. 牛顿环的半径与透镜曲率半径的关系设牛顿环装置中第m级暗环的半径为rk，透镜的曲率半径为R，空气膜厚度为e，则有：rk^2 = R^2 - e^2由上式可知，通过测量牛顿环的半径rk，可以计算出透镜的曲率半径R。
三、实验步骤1. 准备实验装置，包括牛顿环仪、钠光灯、凸透镜、平板玻璃等。
2. 将牛顿环仪放置在实验台上，调整透镜与平板玻璃之间的距离，使牛顿环清晰可见。
3. 打开钠光灯，调整显微镜的焦距，使牛顿环图像清晰。
4. 测量第m级暗环的半径rk，重复多次测量，求平均值。
5. 根据测量结果，利用上述公式计算透镜的曲率半径R。
四、实验结果与分析通过实验测量，可以得到一系列牛顿环的半径rk。
根据实验原理，可以计算出透镜的曲率半径R。
通过对比实际值与测量值，可以分析实验误差，并探讨提高实验精度的方法。
五、实验结论牛顿环实验是一种经典的干涉实验，通过观察和分析牛顿环现象，可以深入了解光的干涉原理，并应用于测量透镜的曲率半径等实际应用中。
牛顿环试验报告
牛顿环试验报告牛顿环试验报告一、实验目的本实验旨在通过使用牛顿环仪器，观察等厚干涉现象，验证光的波动性质，加深对光的干涉原理的理解。
二、实验原理牛顿环实验是基于光的等厚干涉原理进行的。
当一束平行光照射在具有微小凸起的透明平板上时，光线在平板上下表面反射后产生干涉。
当平板的凸起高度满足特定条件时，即光程差为波长的整数倍，就会产生明亮的干涉环，这就是牛顿环现象。
三、实验步骤1.准备实验器材：牛顿环仪器、钠光灯、显微镜、测微尺等。
2.打开钠光灯，调整显微镜焦距，使显微镜能够清晰地观察到牛顿环现象。
3.将牛顿环仪器放置在显微镜载物台上，调整仪器与显微镜之间的距离，使显微镜能够清晰地观察到牛顿环现象。
4.观察并记录实验现象：可以看到一系列明暗相间的同心圆环，即牛顿环。
使用测微尺测量各个明亮环的直径，并记录数据。
5.分析实验数据：根据测量的各个明亮环的直径，计算平板的凸起高度，进而计算光程差。
将光程差与波长进行比较，验证光的波动性质。
6.清理实验器材：关闭钠光灯，将显微镜和牛顿环仪器归位，整理实验场地。
四、实验结果通过观察牛顿环现象，我们发现了一系列明暗相间的同心圆环。
使用测微尺测量各个明亮环的直径，记录数据如下表所示：程差与波长进行比较，我们发现光程差是波长的整数倍，这验证了光的波动性质。
五、实验结论通过本次实验，我们观察到了牛顿环现象，记录了实验数据并进行了分析。
实验结果表明，光在传播过程中具有波动性质，光程差是波长的整数倍时会产生明亮的干涉环。
这次实验加深了我们对光的干涉原理的理解，验证了光的波动性质。
同时，我们也锻炼了自己的动手能力和分析能力，提高了自己的科学素养。
实验报告牛顿环范文
实验报告牛顿环范文实验报告：牛顿环实验一、实验目的通过牛顿环实验，掌握利用干涉现象测量透镜曲率半径的方法，并了解牛顿环的形成原理。
二、实验仪器1. 透镜：凸透镜和凹透镜各一，焦距30 cm2.光源：白光源3.物镜：20倍物镜4.牛顿环形成装置：透明玻璃片和平铜片三、实验原理牛顿环是一种干涉现象，在实验中利用牛顿环的形成原理可以得到透镜的曲率半径。
当凸透镜与平板厚度变化为Δt时，在透明膜表面附近形成一组的同心圆环，这就是牛顿环。
根据牛顿环的半径r与透明膜的厚度变化Δt之间的关系可以推导出透明膜的曲率半径。
四、实验步骤1.将透镜放置在实验台上，以凸面朝上。
2.在透镜上方放置平铜片，再放置一片光滑的透明玻璃片，使其与透镜接触，并调整位置使其保持水平。
3.打开光源，调整透镜与玻璃片组成的系统到明暗交替的状态，观察和调整直到出现牛顿环。
4.用显微镜观察并记录下透明薄膜中心点的颜色（暗环）及半径，即r0，在不同角度处（逆时针旋转90度）再次记录半径r1、r2和r35.测量透明薄膜的厚度Δt。
6.计算并比较不同半径r的值，进而计算出透明膜的曲率半径。
五、实验数据和结果实验中测得的牛顿环半径数据如下表所示：角度α（°）牛顿环半径r（mm）0r090r1180r2270r3实验中测得透明膜的厚度Δt为x mm。
利用以上实验数据R=(r1²-r2²)/(2*Δt)六、结果分析1.通过牛顿环的实验，可以测量透明膜的曲率半径。
通过计算可得到透明膜的曲率半径R。
2.实验中测得的牛顿环半径数据可以用来计算曲率半径R，进而分析透镜的成像特性和质量。
3.如果实验中测得的数据存在较大的偏差，可能是实验操作不准确或仪器存在问题。
需反复实验，寻找问题所在。
七、实验总结通过本次实验，了解了牛顿环的形成原理，并学会了利用牛顿环测量透镜的曲率半径。
实验过程中需要注意观察、测量的准确性和仪器的使用。
进一步掌握了干涉现象的应用和实验方法，提高了实验技巧和科学素养。
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4. 改变干涉环纹的形状和位置调动牛顿环仪，调节H时，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，
5. 十字叉丝跟亮环相切，十字叉丝尽量过圆心，显微镜的读数 和螺旋测微计一样估读到0.001mm。
两式相减可得 所以透镜的曲率半径为
(5) 2.实验主要步骤 利用牛顿环测平凸透镜曲率半径
1. 将牛顿环放置在读数显微镜工作台毛玻璃中央，并使显微镜镜筒 正对牛顿环装置中心，点燃钠光灯，使其正对读数显微镜物镜的 反射镜。
2. 调节读数显微镜 （1）调节目镜：使分划板上的十字刻线清晰可见，并转动目镜，使十 字刻线的横刻线与显微镜筒的移动方向平行。 （2）调节反射镜：是显微镜视场中亮度最大，这时基本满足入射光垂 直于待测透镜的要求。 （3）转动手轮：使显微镜筒平移至标尺中部，并调节调焦手轮，使物 镜接近牛顿环装置表面。 （4）对读数显微镜调焦：缓缓转动调焦手轮，使显微镜筒由下而上移 动进行调焦，直至从目镜视场中清楚地看到牛顿环干涉条纹且无视差为 止；然后再移动牛顿环装置，使目镜中十字刻线交点与牛顿环中心大致 重合。 3．测量亮环的直径。转动读数显微镜读数鼓轮，同时在目镜中观察， 使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动由第5环至第5 环至第15环，并将所测数据记入数据表格中。 4.利用曲率半径公式求曲率半径，用逐差法进行数据处理分析
（2） 设透镜的曲率半径为Ｒ，与接触点Ｏ相距为ｒ处空气层的厚度为 ｄ，由图-2所示几何关系可得 由于Ｒ>>ｄ，则 d2可以略去
（3） 由(2)和(3)式可得第级暗环的半径为：
(4) 由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，只需测出第级暗环的半 径ｒm，即可算出平凸透镜的曲率半径Ｒ；反之，如果Ｒ已知，测出ｒm 后，就可计算出入射单色光波的波长。但是由于平凸透镜的凸面和光学 平玻璃平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部弹性形变，使 接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑；或者空气间隙层中有 了尘埃等因素的存在使得在暗环公式中附加了一项光程差，假设附加厚 度为（有灰尘时a > 0，受压变形时a < 0），则光程差为 由暗纹条件 得 将上式代人（4）得 上式中的不能直接测量，但可以取两个暗环半径的平方差来消除 它，例如去第环和第环，对应半径为
的，不想具体实物测量质量，几何尺寸一样。在光学实验测量上引入了
较大的人为误差，我们在测量观察时务必仔细观察和认真思考，寻求更
好的测量方法，即简便和误差较小的测量方法。
【注意事项】 1. 牛顿环仪、透镜和显微镜的光学表面不清洁，要用专门的擦 镜纸轻轻揩拭。 2. 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能向一个方向 旋转，中途不能反转。 3. 当用镜筒对待测物聚焦时，为防止损坏显微镜物镜，正确的 调节方法是使镜筒移离待测物（即提升镜筒）。
实验原理、主要步骤、实验数据、数据处理及讨论： 1.实验原理
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 一块光学玻璃平板上构成的如图-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3所示），称为 牛顿环。
红河学院物理实验报告
实验代码及名称 牛顿环仪测量凸透镜的曲率半径
实验日期 2009-9-22 指导师 王晟宇
环境温度
学号 200802050220 姓名 顾怀斌 班级 08物理2班 同组人 王
选海
实验目的：
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。 3． 学习用逐差法处理实验数据的方法。 实验仪器： 钠灯、测显微镜、牛顿环仪、
3. 实验数据及处理
表一
环
位置
环半径
系 数 左侧环 右侧环
5 27.140 21.828 2.656
6 27.362 21.621 2.871
7 27.558 21.401 3.079
7.054 8.240 9.477
8 27.778 21.208 3.285 10.791 9 27.938 21.180 3.379 11.418 10 28.135 20.850 3.643 13.268 11 28.280 20.690 3.795 14.402 12 28.420 20.530 3.945 15.563 13 28.598 20.368 4.115 16.933 14 28.755 20.220 4.268 18.212 15 28.892 20.100 4.396 19.325
“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。
空气膜厚度相同处反射的两束光具有相同的光程差。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。
图-1牛顿环仪
图-2 牛顿环装置
与级条纹对应的两束相干光的光程差为 为第级条纹对应的空气膜的厚度；为半波损失。
图-3 干涉 圆环
(1)
由干涉条件可知，当（＝0，1，2，3，...） 时，干涉条纹为暗条 纹，即 得
=6.213 =6.142 =6.057 钠黄光的平均波长589.3= 4. 实验数据分析
=6.086 =6.794 =6.258
由数据我们也可以看出是有波动的，有的波动性还比较大，如这可能
是由于镜面有灰尘的干扰，可见光学实验对仪器的要求性极高，因此我
们在做实验时要仔细观察。光学实验在测量时我们几乎都是用肉眼判断