牛顿环光的等厚干涉的应用
牛顿环的干涉光的干涉现象在现代精密测量技术中有着很多重要应用

牛顿环的干涉光的干涉现象在现代精密测量技术中有着很多重要应用,常用于检查物体表面的平面度、平行度;测定或估计微小长度、微小角度极其微小变化;研究材料、零部件的微小形变等。
牛顿环是一种光学器件,是由一曲率半径很大的平凸透镜与一块平板玻璃构成,牛顿环的干涉是典型的等厚干涉。
1. 仪器调节本实验用到的仪器是读数显微镜,在测量之前要对仪器进行调节,具体步骤如下: 1).将牛顿环放在工作平台上,使其中心对准读数显微镜的物镜;开启钠光灯,调整钠光灯的位置,使钠光垂直照射到反射镜G 反射后到达牛顿环上,再经牛顿环反射后由反射镜G 进入显微镜,使显微镜的视场全部被钠黄光照亮(见图10-3);2).调节显微镜的目镜,使十字分划板在视场中清晰成像;调节显微镜的物镜,使在目镜中能清楚的看到干涉圆环;注意,在调节物镜时应先将物镜置于最低点,然后转动调焦手轮,使镜筒自下而上缓慢调节,以免显微镜的物镜与牛顿环相撞而损坏仪器;3).调节牛顿环的位置,使目镜十字分划板的中心尽量位于牛顿环的中心; 4).转动测微鼓轮,使显微镜的分划板向某一方向移动(如右移),同时由中心零级暗斑开始数移过去的环数。
当分划板移到第35个暗环时,将测微鼓轮往相反方向移动,当分划板的竖线与第30环中间相切时,记下此位置测微鼓轮的数值,然后继续沿同一方向(如向左)移动分划板,依次测出分划板竖线与第29、28、27、26、25级和第20、19、18、17、16、15级圆环中间相切的位置数值k x ;继续沿同一方向(如向左)移动分划板,当分划板经过中心零级暗斑后与另一侧(如左侧)的第15级圆环中间相切时,再次开始记录相应的数据x ,直到第30环为止。
同一级圆环前后两次读数的差值即为该圆环的直径。
要注意的是,测量时要使鼓轮只沿一个方向转动,中途不能倒退,即不能改变方向,只沿一个方向移动,以消除螺纹的间隙误差。
读数显微镜的最小分度值为0.01mm ; 2. 注意事项钠光灯1.测量过程中,鼓轮应沿同一方向转动,不可中途倒转,以消除螺纹间隙误差;2.对物镜调焦时,应先将读数显微镜的镜筒置于最低点,转动调焦手轮,使镜筒自下而上缓慢调节,以免显微镜的物镜与牛顿环相碰损坏仪器;3.读数环数时一定要细心耐心,数错时必须重新数起,否则会大大影响测量结果;4.测量直径时,左右两边的序号不能搞错,否则会得到错误的测量结果。
等厚干涉原理与应用实验报告

等厚干涉原理与应用实验报告一、引言。
朋友们!今天我要和你们分享一个超有趣的实验——等厚干涉!这玩意儿可神奇啦,让我们一起走进这个奇妙的光学世界吧!二、实验目的。
咱做这个实验呢,主要就是想搞清楚等厚干涉是咋回事,还有就是学会用它来测量一些东西。
比如说,测量薄片的厚度或者表面的平整度啥的。
通过这个实验,也能让咱的动手能力和观察能力更上一层楼哟!三、实验原理。
等厚干涉这东西,说起来其实也不难理解。
想象一下,有一束光打在一个有厚度变化的透明薄片上,比如一个楔形的玻璃片。
由于光在不同厚度的地方走的路程不一样,就会产生干涉现象。
就好像两拨小朋友走路,有的走得快,有的走得慢,最后就会出现有的地方人多,有的地方人少的情况。
牛顿环就是等厚干涉的一个典型例子。
当一个平凸透镜放在一个平面玻璃上时,它们之间形成的空气薄膜的厚度就会从中心向外逐渐变化。
这时候用单色光照射,就能看到一圈一圈明暗相间的圆环,那可漂亮啦!四、实验仪器。
这次实验用到的家伙什儿有:读数显微镜、钠光灯、牛顿环装置、劈尖装置。
先说这个读数显微镜,它就像是我们的超级眼睛,能让我们看清那些微小的细节。
钠光灯呢,给我们提供了稳定的单色光,让干涉现象更明显。
牛顿环装置和劈尖装置就是产生等厚干涉的“魔法盒子”啦。
五、实验步骤。
1. 调整仪器。
首先得把钠光灯、牛顿环装置和读数显微镜摆好位置,让光能够顺利照到牛顿环上,然后通过调节显微镜的目镜和物镜,让我们能清楚地看到图像。
这一步可需要点耐心,就像给眼睛戴眼镜,得调到最合适的度数才能看得清楚。
2. 测量牛顿环的直径。
找到牛顿环的中心,然后从中心向外数,分别测量第 10、15、20 圈的直径。
测量的时候要小心,眼睛盯着显微镜,手慢慢地转动鼓轮,可别一下子转太多,不然就错过了。
3. 测量劈尖的厚度。
把劈尖装置放到显微镜下,同样要调整好焦距。
然后测量劈尖上几个条纹之间的距离,再根据公式算出劈尖的厚度。
六、数据处理与分析。
测量完数据可不算完,还得好好处理和分析一下。
牛顿环等厚干涉标准实验报告

牛顿环-等厚干涉标准实验报告牛顿环-等厚干涉标准实验报告一、实验目的1.通过观察和测量牛顿环的干涉图样,了解等厚干涉的原理和特点。
2.学会使用读数显微镜测量牛顿环的直径,并分析误差来源。
3.通过实验数据的处理,进一步掌握不确定度的概念和计算方法。
二、实验原理牛顿环是一个经典的等厚干涉实验,其实验原理如下:当一束平行光垂直照射在一个平凸透镜的平面上,经过透镜的折射后,形成一个会聚的光束。
当这个光束通过一个与之平行的平面玻璃片时,会在玻璃片的下表面反射,形成一个干涉图样。
这个干涉图样是由一系列同心圆环组成的,称为牛顿环。
牛顿环的形成是由于光在透镜和平面玻璃片的下表面反射时,发生了光的干涉。
由于透镜和平面玻璃片的下表面之间的距离是变化的,因此反射光的光程差也是变化的。
当光程差是某个特定值的整数倍时,就会出现干涉加强的现象,形成明亮的圆环。
而当光程差是半个波长的奇数倍时,就会出现干涉减弱的现象,形成暗环。
通过测量干涉图样的直径,可以计算出透镜和平面玻璃片之间的厚度差。
这是因为干涉图样的直径与厚度差之间存在一定的关系。
在本实验中,我们使用读数显微镜来测量牛顿环的直径。
三、实验步骤1.将平凸透镜和平面玻璃片清洗干净,并用纸巾擦干。
2.将平面玻璃片放在平凸透镜的平面上,并使它们之间保持紧密接触。
3.打开读数显微镜,将干涉图样调整到视野中央。
4.调节显微镜的焦距和光源的亮度,使干涉图样清晰可见。
5.使用读数显微镜测量干涉图样的直径,并记录数据。
在每个亮环和暗环的中心位置测量三次,取平均值作为测量结果。
6.重复以上步骤,测量多个干涉图样的直径。
7.根据测量结果计算透镜和平面玻璃片之间的厚度差,并分析误差来源。
四、实验结果与分析在本实验中,我们测量了多个牛顿环的直径,并根据测量结果计算了透镜和平面玻璃片之间的厚度差。
以下是我们测量和计算的数据:通过计算我们发现,厚度差与直径之间存在线性关系,即厚度差是直径的一半。
这是因为干涉图样的直径与厚度差之间存在正比关系。
牛顿环干涉实验报告

一、实验目的1. 观察和分析牛顿环的等厚干涉现象。
2. 学习利用牛顿环干涉现象测量平凸透镜的曲率半径。
3. 深入理解光的干涉原理及其应用。
二、实验原理牛顿环干涉现象是等厚干涉的一个典型实例。
当一平凸透镜与一平板紧密接触时,在其间形成一层厚度逐渐增大的空气薄层。
当单色光垂直照射到该装置上时,经空气薄层上下表面反射的两束光发生干涉,形成明暗相间的同心圆环,称为牛顿环。
根据波动理论,设形成牛顿环处空气薄层厚度为d,两束相干光的光程差为ΔL = 2dλ/2,其中λ为入射光的波长。
当ΔL满足以下条件时:- ΔL = Kλ/2 (K为整数)时,形成明环;- ΔL = (2K+1)λ/2 (K为整数)时,形成暗环。
三、实验仪器1. 牛顿环仪:包括平凸透镜、平板、金属框架等。
2. 读数显微镜:用于观察和测量牛顿环的直径。
3. 单色光源:如钠光灯。
四、实验步骤1. 将平凸透镜和平板安装在金属框架上,确保两者紧密接触。
2. 调整显微镜,使其对准牛顿环装置。
3. 打开单色光源,调节其强度,使光线垂直照射到牛顿环装置上。
4. 观察并记录牛顿环的明暗相间的同心圆环,注意记录其直径。
5. 根据实验数据,计算平凸透镜的曲率半径。
五、实验数据及结果假设实验中测得牛顿环的直径分别为d1、d2、d3...dn,计算平均直径d_avg = (d1 + d2 + d3 + ... + dn) / n。
根据牛顿环干涉公式,有:ΔL = (2d_avgλ/2) = Kλ/2 或ΔL = (2K+1)λ/2解得曲率半径R:R = (λd_avg) / (2K) 或R = (λd_avg) / (2K+1)六、实验结果分析通过实验,我们观察到牛顿环的等厚干涉现象,并成功测量了平凸透镜的曲率半径。
实验结果表明,牛顿环干涉现象在光学测量中具有广泛的应用,如测量光学元件的曲率半径、检测光学系统的质量等。
七、实验总结1. 牛顿环干涉实验是研究等厚干涉现象的一个典型实例,通过实验,我们深入理解了光的干涉原理及其应用。
光的等厚干涉牛顿环实验数据

光的等厚干涉牛顿环实验数据光的等厚干涉是一种通过观察干涉条纹来研究光的性质和干涉现象的实验方法。
牛顿环是一种经典的光的等厚干涉实验,它由英国科学家艾萨克·牛顿于17世纪末发现并研究。
牛顿环实验使用了一块平行玻璃板和一个凸透镜。
首先,在平行玻璃板上滴上一滴液体,使其形成一个薄膜。
然后将凸透镜轻轻压在玻璃板上,使液体薄膜变得均匀且等厚。
当光通过液体薄膜时,会发生反射和折射,产生干涉现象。
观察牛顿环时,可以看到一系列明暗相间的圆环。
这些圆环由于液体薄膜的等厚性而形成,每个圆环都对应着液体薄膜的等厚线。
在中心圆环处,由于光程差最小,所以明亮;而在其他圆环处,光程差逐渐增大,因此呈现出暗纹。
通过测量牛顿环的半径,可以得到液体薄膜的厚度。
根据干涉理论,牛顿环的半径r与液体薄膜的厚度t之间满足以下关系式:r² = t × λ × N其中,λ为入射光的波长,N为干涉的级数。
在实际测量中,可以通过调节凸透镜和平行玻璃板之间的距离,使得干涉条纹清晰可见,然后使用显微镜测量各级圆环的半径。
通过测量不同级数下的圆环半径,可以得到液体薄膜的厚度。
光的等厚干涉牛顿环实验不仅可以用于测量液体薄膜的厚度,还可以用于研究光的干涉现象。
通过观察干涉条纹的分布和变化,可以得到关于光的干涉性质的重要信息。
除了液体薄膜,牛顿环实验还可以用于测量其他材料的厚度。
例如,可以用它来测量透明薄膜、光学元件等的厚度。
通过将待测物品放置在平行玻璃板和凸透镜之间,调节距离使得干涉条纹清晰可见,然后测量圆环半径,就可以得到待测物品的厚度。
光的等厚干涉牛顿环实验在科学研究和工程应用中具有重要意义。
它不仅可以用于测量物体的厚度,还可以用于研究光的干涉现象。
通过对光的干涉现象的研究,可以深入理解光的波动性质和光的相干性。
光的等厚干涉牛顿环实验是一种重要的实验方法,通过观察干涉条纹来研究光的性质和干涉现象。
它可以用于测量物体的厚度,也可以用于研究光的干涉现象。
等厚干涉牛顿环实验报告.

等厚干涉牛顿环实验报告.我们小组进行了一项等厚干涉牛顿环实验。
通过实验,我们发现了光波的一些性质,并学习了如何使用仪器进行实验。
实验仪器包括一个光源、一组凸透镜、一个等厚玻璃片、一个激光干涉仪和一些其他小工具。
在实验前,我们使用凸透镜调整了光源的位置,使得光线聚焦在一个小点上。
然后将等厚玻璃片放在这个点上,使得光线穿过等厚玻璃片,形成了干涉现象。
我们使用激光干涉仪来观察干涉现象并记录数据。
实验过程中,我们发现了许多有趣的现象。
首先,我们注意到干涉条纹的宽度变化是由等厚玻璃片的厚度决定的。
当等厚玻璃片越薄时,干涉条纹越透明并且宽度越窄。
反之,当等厚玻璃片越厚时,干涉条纹更加明显并且宽度更宽。
其次,我们还在干涉图案中观察到了明亮的环,这些环被称为牛顿环。
牛顿环的大小和亮度随着等厚玻璃片的厚度变化而变化。
通过这项实验,我们学习了许多关于光波的重要知识。
我们知道了光是由电磁波组成的,并且具有波粒二象性。
我们还了解了光的干涉现象和它对我们观察世界的重要性。
在实验中,我们看到了等厚干涉现象对光波是如何干涉的,并且发现了干涉现象的多样性。
我们认识到了干涉现象的重要性,不仅可以帮助我们了解光的性质,还可以用作现代科技产业中的许多应用,如激光器和光纤。
总结:通过等厚干涉牛顿环实验,我们学习了许多关于光波的重要知识,如光的波粒二象性、光的干涉现象和牛顿环等。
我们也掌握了如何使用仪器进行实验,观察和记录干涉现象的数据。
这项实验不仅让我们对光波有了更深入的认识,还培养了我们的实验技能和科学思维能力。
牛顿环实验的原理与应用实现薄膜测量的精确性

牛顿环实验的原理与应用实现薄膜测量的精确性牛顿环实验是一种经典的光学实验,通过测量干涉环的半径,可以非常精确地确定薄膜的厚度。
本文将详细介绍牛顿环实验的原理,并探讨其在薄膜测量中的应用及精确性。
1. 牛顿环实验的原理牛顿环实验是基于干涉现象的光学实验,它利用光的干涉造成的明暗相间的圆环,来测量薄膜的厚度。
实验的原理可概括如下:当平行光垂直射入一块平行薄膜表面时,光在薄膜表面和底部的反射光程存在差异。
如果光程差为波长的整数倍,即mλ(其中m为整数),那么干涉增强,形成明亮的环。
如果光程差为半波长的奇数倍,即(m+0.5)λ,那么干涉抵消,形成暗淡的环。
通过观察这些明暗相间的环,可以推算出薄膜的厚度。
2. 牛顿环实验在薄膜测量中的应用牛顿环实验在薄膜测量中有着广泛的应用。
其主要应用包括:2.1 薄膜的质量控制和表征在制造过程中,薄膜的厚度是一个重要的参数,会直接影响薄膜的性能。
利用牛顿环实验,可以准确地测量薄膜的厚度,并通过与设计值进行对比,来判断薄膜是否达到了质量要求。
同时,还可以利用牛顿环实验来评估薄膜的均匀性和表面质量等参数。
2.2 光学涂层的优化设计牛顿环实验不仅可以测量已有薄膜的厚度,还可以用来优化光学涂层的设计。
通过对不同厚度的薄膜进行实验观察,可以找到使牛顿环明暗交替最为光亮的薄膜厚度,从而优化涂层的性能。
2.3 薄膜的研究与分析牛顿环实验还可以用于研究薄膜的光学特性和物理性质。
通过测量明暗环的位置与半径,可以推算薄膜的折射率、透过率以及光学常数等参数。
这些参数的分析有助于深入了解薄膜的性质并指导相关研究。
3. 牛顿环实验测量薄膜厚度的精确性在使用牛顿环实验测量薄膜厚度时,为了保证测量的精确性,需要注意以下几点:3.1 光源的选择光源应该是单色光源,以确保实验的准确性。
通常使用的光源为钠灯、汞灯等。
此外,还应注意光源的稳定性和光线的均匀性,以避免干涉环受光源变化或不均匀性的影响。
3.2 实验环境的控制牛顿环实验对实验环境的要求比较高,需要控制好温度和湿度等参数,以避免环境因素对实验结果的干扰。
光的等厚干涉牛顿环实验报告

光的等厚干涉牛顿环实验报告
光的等厚干涉牛顿环实验是一种经典的干涉实验,用于研究光的相位和波长等性质。
下面详细介绍该实验的内容及步骤。
一、实验原理
光的等厚干涉是指在等厚介质中,由于光线的反射和折射产生相位差,形成干涉条纹的现象。
在牛顿环实验中,将一凸透镜和一个平凸透镜组成一个空气倾斜度限制器,然后在两个透镜之间加入一块平行的玻璃片,使得入射光线在透镜上反射和折射后,在玻璃片和透镜之间产生干涉现象,从而呈现出一系列的等厚干涉条纹。
二、实验步骤
1. 调节实验装置:首先将凸透镜和平凸透镜组成空气倾斜度限制器,通过调节空气钳来使两个透镜之间的距离精确到0.1mm左右,并使得两个透镜中心轴线重合并且水平。
2. 调节光源:使用一束单色光源,如He-Ne激光,通过调节反射镜和衍射屏的位置,以确保光线垂直于光轴并使其成为平行光。
3. 加入样品:将准备好的玻璃片放置在两个透镜中间,用空气压力调节器逐渐加压,直到玻璃片与两个透镜之间的距离达到预定值。
4. 观察干涉条纹:依次观察光源、反射镜、凸透镜、玻璃片和平凸透镜的位置,可以看到一系列环形干涉条纹。
此时应记录下每个环的半径和颜色,可用读数显微镜或CCD 等检测设备精确测量。
三、实验结果
通过对干涉条纹的实际观察和相关计算,可以得到一系列参数,包括玻璃片的厚度变化、干涉条纹的半径和角度等。
这些数据可以用来计算出光的相位差和波长等参数,从而更深入地了解光的性质和行为。
综上所述,光的等厚干涉牛顿环实验是一种重要的干涉实验,可以用于研究光的相位和波长等性质。
该实验需要仔细调节和观察,才能获得准确的实验数据。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
实验十九光的等厚干涉的应用【预习思考题】1.光的干涉条件是什么?2.附加光程差产生的条件是什吗?3.什么是等候干涉?4.说出你所知道的测量微小长度的方法。
光的干涉是光的波动性的一种表现。
若将同一点光源发出的光分成两束,让它们各经不同路径后再相会在一起,当光程差小于光源的相干长度,一般就会产生干涉现象。
干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用,如测量光波的波长,精确地测量长度、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、劈尖是其中十分典型的例子,它们属于用分振幅的方法产生的干涉现象,也是典型的等厚干涉。
【实验目的】1.观察和研究等厚干涉现象和特点。
2.学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度。
3.熟练使用读数显微镜。
4.学习用逐差法处理实验数据的方法。
【实验仪器】测量显微镜,钠光光源,牛顿环,劈尖。
【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。
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)而未能对它做出正确的解释。
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玻璃平板(平晶)上构成的,如图2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。
由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的,因此称为等厚干涉。
图2 牛顿环干涉原理图图3 干涉圆环与k 级条纹对应的两束相干光的光程差为 :22λ+=∆d图1 牛顿环干涉光路图1.读数鼓轮2.物镜调节螺钉3.目镜4.钠光灯5.平板玻璃6.物镜7.反射玻璃片8.平凸(凹)透镜9.载物台 10.支架(1)d 为第k 级条纹对应的空气膜的厚度,2λ为附加光程差。
由干涉条件可知,当∆=(2k+1) 2λ(k=0,1,2,3,...) 时,干涉条纹为暗条纹,即, 2)12(22λλ+=+k d ,得:λ2kd = (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:222)(r d R R +-=2222r d Rd R ++-=,由于R d >>,则2d 可以略去Rr d 22=(3)由(2)和(3)式可得第k 级暗环的半径为:λλkR kR Rd r k =⋅==2222(4)由(4)式可知,如果单色光源的波长λ已知,只需测出第k 级暗环的半径k r ,即可算出平凸透镜的曲率半径R ;反之,如果R 已知,测出k r 后,就可计算出入射单色光波的波长λ。
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a (有灰尘时0a >,受压变形时0a <)则光程差为2)(2λ++=∆a d ,由暗纹条件,2)12(2)(2λλ+=++k a d ,得,a k d -=λ2,将上式代人(4)得:Ra kR a kR Rd r 2)2(222-=-==λλ上式中的a不能直接测量,但可以取两个暗环半径的平方差来消除它,例如取第m 环和第n 环,对应半径为,λmR r m =2 -Ra 2;λnR r n =2-Ra 2;两式相减可得:λ)(22n m R r r n m-=- (5)所以透镜的曲率半径为:λ)(22n m r r R n m --=(6)又因为暗环的中心不易确定,故取暗环的直径计算λ)(422n m D D R nm --=(7)•• 由上式可知,只要测出m D 与n D (分别为第m 与第n 条暗环的直径)的值,就能算出R 或λ。
2. 劈尖将两块光学平玻璃叠合在一起,并在其中一端垫入待测的薄片(或细丝),则在两块玻璃片之间形成一空气劈尖。
当用单色光垂直照射时,和牛顿环一样,在空气劈尖上、下两表面反射的两束相干光发生干涉(如图4所示),其干涉条纹是一簇间距相等,宽度相等切平行于两玻璃片交线(即劈尖的棱)的明暗相间的平行条纹,如图5所示。
由暗纹条件2)12(22λλ+=+=∆k e (k =0,1,2,...) (8)可得,第k 级暗纹对应的空气劈尖厚度为2λke k =;第k +1级暗纹对应的空气劈尖厚度为2)1(1λ+=+k e k ,两式相减得222)1(1λλλ=-+=-=∆+kk e e e k k (9)上式表明任意相邻的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为2λ。
又此可推出相隔n 个条纹的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为2λn e n =∆;再由几何相似性条件可得待测薄片厚度为L L n D n )2(λ=(10)实验中,若取0n L x x =-(0x 为最左侧劈尖暗条纹的左侧坐标,n x 为最右侧劈尖条纹右侧坐标),n L 为n 个条纹间的距离,它们可由读数显微镜测出。
则:()2nLn D L λ=(11)【实验仪器介绍】1. 读数显微镜图4 劈尖干涉原理图图5 劈尖干涉条纹如图6所示,读数显微镜的主要部分为放大待测物体用的显微镜和读数用的主尺和附尺。
转动测微手轮,能使显微镜左右移动。
显微镜有物镜、目镜和十字叉丝组成。
使用时,被测量的物体放在工作台上,用压片固定。
调节目镜进行视度调节,使叉丝清晰。
转动调焦手轮,从目镜中观察,使被测量的物体成像清晰,调整被测量的物体,使其被测量部分的横面和显微镜的移动方向平行。
转动测微手轮,使十字叉丝的纵线对准被测量物体的起点,进行读数(读数由主尺和测微等手轮的读数之和)。
读数标尺上为050mm-刻线,每一格的值为1mm,读数鼓轮圆周等分为100格,鼓轮转动一周,标尺就移动一格,即1mm,所以鼓轮上每一格的值为0.01mm。
为了避免回程误差,应采用单方向移动测量。
1.目镜2.锁紧圈3.锁紧螺丝4.调焦手轮5.镜筒支架6.物镜7.弹簧压片8.台面玻璃9.旋转手轮 10.反光镜11.底座12.旋手 13.方轴 14.接头轴 15.测微手轮 16.标尺图6 读数显微镜结构图2.钠光光源灯管内有两层玻璃泡,装有少量氩气和钠,通电时灯丝被加热,氩气即放出淡紫色光,钠受热后汽化,渐渐放出两条强谱线589.0nm和589.6nm,通常称为钠双线,因两条谱线很接近,实验中可认为是比较好的单色光源,通常取平均值589.3nm作为该单色光源的波长。
由于它的强度大,光色单纯,是最常用的单色光源。
使用钠光灯时应注意:(1)灯点燃后,需等待一段时间才能正常使用(起燃时间约5min6min-)。
(2)每开、关一次对灯的寿命有影响,因此不要轻易开、关。
另外,在正常使用下也有一定消耗,使用寿命只有500h,因此应作好准备工作,使用时间集中。
(3)开亮时应垂直放置,不得受冲击或振动。
【实验内容】1.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045反射镜。
(2)调节读数显微镜调节目镜: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的移动方向平行。
调节45反射镜:使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。
转动手轮15:使显微镜筒平移至标尺中部,并调节调焦手轮4,使物镜接近牛顿环装置表面。
对读数显微镜调焦:缓缓转动调焦手轮4,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)观察条纹的分布特征。
(4)测量暗环的直径。
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至25环然后退回第24环,自第24环开始单方向移动十字刻线,每移动一环记下相应的读数直到第15环,然后再从同侧第14环开始摇到第1环;穿过中心暗斑,从另一侧第1环开始依次数到第14环,然后从第15环开始读数直至第24环。
并将所测数据记入数据表格中。
2.利用劈尖测量薄片的厚度(1)将牛劈尖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劈尖装置中心,点燃钠光灯,使其正对读数显微镜物镜的045反射镜。
(2)调节读数显微镜调节目镜: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 的移动方向平行。
调节 45反射镜:使显微镜视场中亮度最大。
转动手轮15:使显微镜筒平移至标尺中部,并调节调焦手轮4,使物镜接近劈尖装置表面。
对读数显微镜调焦:缓缓转动调焦手轮4,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装置干涉条纹且无视差为止;然后再移动劈尖装置,使目镜中十字刻线纵线与劈尖条纹平行。
(3)观察条纹的分布特征。
(4) 测量劈尖厚度。
从最左侧的暗条纹开始,从左向右依次读出10个暗条纹对应的读数(注意不要回程)。
读数时,使目镜中的十字刻线纵线与暗条纹左侧相切。
用目镜中的十字刻线纵线最左侧暗条纹左侧相切,记下坐标0x ,转动显微镜手轮直至到最后一个条纹,并使目镜中的纵向叉丝与最后侧条纹右侧相切(注意不要回程),记下坐标max x ,则max 0L x x ≈-,并将纪录数据填表。
【注意事项】1.牛顿环仪、劈尖、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)。
【数据记录及处理】1.数据处理:根据计算式λ)(422n m D D R nm --=,对m D ,n D 分别测量n 次,因而可得n 个i R 值,于是有∑==ni i R R 1,我们要得到的测量结果是R R R u =±。
下面简要介绍一下R u 的计算。
由不确定度的定义知,22R i j u S U =+, 其中,A 分量为 )(11212R n R n S ni i i --=∑= B 分量为 ∑==ni i j U n U 11 (i U 为单次测量的B 分量)由显微镜的读数机构的测量精度可得0.01123mnD D D u u u ===⋅(mm ) 于是有 22)(2n m Dj D D n m U +-=λσ;仿照上述分析过程,自己进行劈尖测量数据分析。