牛顿环实验
工作报告之牛顿环物理实验报告
牛顿环物理实验报告【篇一：用牛顿环测量透镜的曲率半径实验报告】一、实验名称：用牛顿环测量透镜的曲率半径二、实验目的：1、观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。
2、利用干涉原理测透镜曲率半径。
3、学习用逐差法处理实验数据的方法。
三、实验仪器：牛顿环装置（其中透镜的曲率未知）、钠光灯（波长为589.3nm）、读数显微镜（附有反射镜）。
四、实验原理：将一块曲率半径r较大的平凸透镜的凸面放在一个光学平板玻璃上，使平凸透镜的球面aob和平面玻璃cd面相切于o点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面和平板玻璃之间形成一个以接触点o为中心向四周逐渐增厚的空气劈尖。
当单色平行光束近乎垂直地向ab面入射时，一部分光束在aob面上反射，一部分继续前进，到cod面上反射。
这两束反射光在aob面相遇，互相干涉，形成明暗条纹。
由于aob面是球面，和o点等距的各点对o点是对称的，因而上述明暗条纹排成如图所示的明暗相间的圆环图样，在中心有一暗点（实际观察是一个圆斑），这些环纹称为牛顿环。
图（4）牛顿环装置图（5）牛顿环根据理论计算可知，和k级条纹对应的两束相干光的光程差为? 2?式中e为第k级条纹对应的空气膜的厚度，为半波损失。
2?由干涉条件可知，当??(2k?1)(k?0,1,2,3,?)时，干涉条纹为暗条纹。
即2解得??2e?e?k(2) 2设透镜的曲率半径为r，和接触点o相距为r处空气层的厚度为e，由图4所示几何关系可得r2??r?e??r2?r2?2re?e2?r2 由于r??e，则e2可以略去。
则r2e?(3)2r2?由式（2）和式（3）可得第k级暗环的半径为rk2?2re?kr? (4)由式（4）可知，如果单色光源的波长?已知，只需测出第k级暗环的半径rk，即可算出平凸透镜的曲率半径r；反之，如果r已知，测出rk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光程差公式中附加了一项。
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。
大学牛顿环实验报告
一、实验目的1. 观察和分析牛顿环等厚干涉现象；2. 学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；3. 学会使用读数显微镜进行测量；4. 理解光的干涉原理及其在光学实验中的应用。
二、实验原理牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验。
实验装置主要由一块平面玻璃板和一块平凸透镜组成。
当平凸透镜的凸面与平面玻璃板接触时，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空气膜上时，反射光束在上表面和下表面相遇发生干涉，形成明暗相间的同心圆环，称为牛顿环。
根据干涉原理，两束相干光的光程差为：Δ = 2d + λ/2 (明环)Δ = 2d - λ/2 (暗环)其中，d为空气膜的厚度，λ为入射光的波长。
根据上述公式，我们可以推导出牛顿环的半径与透镜曲率半径之间的关系：R = (k + 1/2)λr^2 / (kλ)其中，R为透镜的曲率半径，k为环的级数，r为环的半径。
三、实验仪器1. 平面玻璃板；2. 平凸透镜；3. 读数显微镜；4. 钠光灯；5. 三爪式透镜夹和固定滑座。
四、实验步骤1. 将平凸透镜固定在固定滑座上，使其凸面与平面玻璃板接触；2. 将钠光灯放置在实验装置的一侧，调整光源方向，使光线垂直照射到透镜上；3. 使用读数显微镜观察牛顿环，调节显微镜的焦距，使干涉条纹清晰可见；4. 测量第k级暗环的半径rk；5. 根据实验数据，计算透镜的曲率半径R。
五、实验结果与分析1. 通过观察牛顿环，我们可以清晰地看到明暗相间的同心圆环，验证了等厚干涉现象的存在；2. 根据实验数据，计算出透镜的曲率半径R，并与理论值进行比较，分析误差来源；3. 实验结果表明，牛顿环实验可以有效地测量透镜的曲率半径，为光学元件的设计和制造提供参考。
六、实验总结1. 牛顿环实验是研究等厚干涉现象的经典实验，通过观察和分析牛顿环，我们可以加深对光的干涉原理的理解；2. 实验过程中，我们需要注意调节光源方向、显微镜焦距等因素，以确保实验结果的准确性；3. 牛顿环实验可以应用于测量透镜的曲率半径、光学元件的厚度等，具有广泛的应用价值。
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？
19.08.2021
4
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
19.08.2021
2
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。
牛顿环实验总结
牛顿环实验总结牛顿环实验是一种早期用于研究光学性质的实验方法，由英国物理学家艾萨克·牛顿于17世纪末提出并进行实验。
通过这个实验，牛顿首次证明了光的色散现象，也为后来的波动理论和光学研究奠定了基础。
在本文中，我们将对牛顿环实验进行总结和回顾。
一、实验原理牛顿环实验的原理基于光的干涉现象。
实验中，光线通过半透明的玻璃片后，会在其表面和玻璃片附近形成明暗相间的环状条纹。
这些条纹就是牛顿环。
牛顿环理论上可以由多个环组成，每个环的半径不同。
实际实验中，可以通过观察中心环的半径变化，来推断出玻璃片的厚度。
二、实验过程牛顿环实验的过程相对简单，主要步骤如下：1. 准备工作：将光源置于特定位置，确保光线通过半透明玻璃片后能够形成环状条纹。
实验中通常使用显微镜来观察牛顿环。
2. 观察：通过显微镜观察玻璃片上出现的明暗条纹，特别是中心环。
调节光源和显微镜的位置，使得环条纹清晰可见。
3. 测量：使用显微镜的刻度标尺，测量中心环的半径。
根据牛顿环的几何关系，可以推导出玻璃片的厚度。
三、实验意义牛顿环实验的意义在于证明了光的波动性。
在牛顿之前，许多科学家认为光是由颗粒组成的，类似于粒子的运动。
通过牛顿环实验，牛顿可以证明光在不同介质中传播时的折射和反射行为，并且可以解释这些现象是由波动产生的。
此外，牛顿环实验还有其他实际应用，例如可以用于测量透明介质的厚度、确定透镜的曲率等。
通过观察牛顿环的变化，可以得出有关物质性质和光学性质的信息。
四、实验局限性和改进尽管牛顿环实验具有重要的科学意义，但也有一些局限性。
首先，该实验要求光源非常强烈和准直，以便在玻璃片上形成明亮的环条纹。
其次，显微镜的调节需要非常精确，才能准确测量中心环的半径。
这些因素限制了牛顿环实验的应用范围。
为了克服这些局限性，人们进行了一些改进。
例如，可以使用更灵敏的光源和更高分辨率的显微镜。
还可以结合计算机图像处理技术，自动测量牛顿环的参数，提高实验的准确性和效率。
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光程差：
2
明环
由干涉条件: k
(2 1k 1)
由图可见:
2
暗环
r 2 R 2 ( R e) 2 2 Re e2
r2 e 2R
第k级暗条纹的半径为: 2
r kR
牛顿环干涉条纹的特点
1.分振幅、等厚干涉； 2.明暗相间的同心圆环；
3.级次中心低、边缘高；
k R1 R2 rk (2h0 ) n R1 R2
2
牛顿环的应用
◎牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表 明间距变化情况。利用牛顿环可以检测光学球面 （或平面）的加工质量。 ◎根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测 定单色光的波长。 ◎在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质， 就可以测量其折射率n
光的等厚干涉——牛顿环、劈尖
1.干涉条纹的成因及特点 2.牛顿环测定透镜曲率半径 原理 3.读数显微镜的调整和使用 4.牛顿环透镜组 5.实验内容与数据处理 6.误差分析
17世纪初，物理学家牛顿在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，把一个 玻璃三棱镜压在一个曲率已知的透镜上，偶然发现 干涉圆环，并对此进 行了实验观测和研究。他发现，用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面 玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗相间的同心彩色圆圈， 用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆圈。这是由于光的干涉造成的， 这种光学现象被称为“牛顿环”。
托马斯· 杨是波动光学的奠基者之一。 他发现利用透明物质薄片同样可以观 察到干涉现象，进而引导他对牛 顿环进行研究，他用自己创建的 干涉原理解释牛顿环的成因和薄 膜的彩色， 并第一个近似地测定了七种色的光的 波长，从而完全确认了光的周期 性，为光的波动理论找到了又一 个强有力的证据。
牛顿环干涉条纹的成因
螺 母
10 5 螺杆 螺杆 15 10 螺尺 螺尺
空程误差
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
牛顿环透镜组合
用凸—凹透镜组合
rk
用凸—凸透镜组合 R1 用凹—凹透镜组合
2
k R1 R2 (2h0 ) n R1 R2
2
rk
k R1 R2 n R1 R2
7.转动测微鼓轮使叉丝超过第33环，然后倒回到 30环开始读数.依次记
录从左30~21, 8.计算结果. 右21~30各环相对位置读数.
实验数据的处理方法
逐差法 加权平均逐差法 最小二乘法 作图法
误差的主要来源与分析
1.条纹的定位精度（偶然误差） 定位误差的大小在条纹宽度的 1/5~1/10。 解决办法：取级次较高的环进行测量。 2.叉丝不平的影响（系统误差） 显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行 产生的误差。 解决办法：改直径测量为弦长测量。 3.平凸透镜的不稳定性（偶然误差/系统 误差） 由固定螺丝的松紧度不同造成。 解决办法：镜间加很薄的环形垫圈进 行固定。
读数显微镜
读数显微镜由显微镜与移 动测量装置组成
显微镜由目镜、分划板 和短焦距物镜组成
读数显微镜的成像光路
L
f1 △ f2
F1
F1
F2
F2
明 视 距 离
物镜
叉目镜 丝 平 面 视角放大率：
M = 0.25△／f1 f2
显微镜调焦第一步：旋转目镜
使十字叉丝成象在明视距离处
F1
F1
FF 2F 22
4.间隔中心疏、边缘密； 5.同级干涉，波长越短, 条纹越靠近中心。
牛顿环测透镜曲率半径的原理
2 2 dm dn R 4(m n)
dA1
dB1 Dk
dB2
dA2
Dk+m
Dk n d B1 d B 2
Dk m d A1 d A2
测量时不用 rk2 kR 原因： ①透镜凸面与平板玻璃表面间 并非理想的点接触，难以准确 判断干涉级次k； ②读数显微镜目镜中的‘十字 叉丝’ 不易做到与干涉条纹严 格相切。
dm dk n 4(m k ) R
2
2
实验内容
1.启动钠光灯电源。
2.调节牛顿环装置。
3.前后左后移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的反光玻璃。直至眼 睛看到显微镜视场较亮. 4.用显微镜观察干涉条纹。 5.调节目镜看清目镜筒中的叉丝 6.转动测微鼓轮，使十字叉丝交点接近牛顿环中心.
FF 2F 22
明 视 距 离
物镜
叉 目镜 丝 平 面
显微镜调焦第二步：调节升降螺旋
使物成象在与叉丝象相同的平面上
明 视 距 离
F1Βιβλιοθήκη 物镜叉 丝 平 面
F1 F2
目镜
F2
成虚象范围
读数显微镜的视差
视差
无视差
叉丝像平面 物像平面
共面
成因：叉丝与物的象不共面 消除方法：仔细调焦
读数显微镜的空程误差
载物平台或显微镜