实验十九用牛顿环测透镜的曲率半径思考题
六思考题
1. 通过测量计算透镜的曲率半径R时为什么不用（3）式，而用（5）式
答：透镜和玻璃板间的相互挤压，使得中心暗纹不是零级。
因而条纹的级数难以确定。
2. 在牛顿环实验中，假如平板玻璃不是一个光学平面，局部有微小的凸起，则凸起处空气薄膜的厚度将减小，导致等厚干涉条纹发生畸变，试问这时牛顿环纹将局部内凹还是局部外凸为什么
答：向外凸。
等厚干涉的条纹和厚度是一一对应的。
凸起处空气膜的厚度较小，与靠近中心处的空气膜等厚，这些位置处的干涉条纹和凸起处的同级相连。
3. 若纸的厚度增大,则条纹将向什么方向移动，条纹间距如何变化
答：向劈尖移动，间距变小。
1。
实验十九用牛顿环测透镜的曲率半径思考题
六思考题
1. 通过测量计算透镜的曲率半径R时为什么不用（3）式，而用（5）式
答：透镜和玻璃板间的相互挤压，使得中心暗纹不是零级。
因而条纹的级数难以确定。
2. 在牛顿环实验中，假如平板玻璃不是一个光学平面，局部有微小的凸起，则凸起处空气薄膜的厚度将减小，导致等厚干涉条纹发生畸变，试问这时牛顿环纹将局部内凹还是局部外凸为什么
答：向外凸。
等厚干涉的条纹和厚度是一一对应的。
凸起处空气膜的厚度较小，与靠近中心处的空气膜等厚，这些位置处的干涉条纹和凸起处的同级相连。
3. 若纸的厚度增大,则条纹将向什么方向移动，条纹间距如何变化
答：向劈尖移动，间距变小。
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物理实验牛顿环思考题
一、等厚干涉的特征
等厚干涉是因为平行光入射到厚度有变化的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成相同级数的明暗干涉条纹，故称等厚干涉。
条纹特点是对于劈尖干涉，条纹是明暗相间的平行的等间距的干涉条纹。
对于牛顿环，干涉条纹则是不等间距的环状条纹。
二、测量波长的方法
1、衍射光栅测波长
2、双棱镜测波长
3、驻波法测波长
4、牛顿环测波长
牛顿环实验测光波波长，当知道球面的曲率半径时可根据公式λ=（r²m-r²n）/(m-n)R算出。
5、分光计测光波波长
5、迈克尔逊干涉仪测光波波长
牛顿如何发明牛顿环一种光的干涉图样．是牛顿在1675年首先观察到
的．将一块曲率半径较大的平凸透镜放在一块玻璃平板上，用单色光照射透镜与玻璃板，就可以观察到一些明暗相间的同心圆环．圆环分布是中间疏、边缘密，
圆心在接触点O．从反射光看到的牛顿环中心是暗的，从透射光看到的牛顿环中心是明的．若用白光入射．将观察到彩色圆环．牛顿环是典型的等厚薄膜干涉．凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气簿膜，当平行光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉．同一半径的圆环处空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状．这种由同一厚度薄膜产生同一干涉条纹的干涉称作等厚干涉．牛顿在光学中的一项重要发现就是"牛顿环"。
这是他在进一步考察胡克研究的肥皂泡薄膜的色彩问题时提出来的。
用牛顿环测量透镜的曲率半径实验报告
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与平面玻璃CD面相切于O点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面与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，与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，与k级条纹对应的两束相干光的光程差为, ,,，2e2,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，当时，干涉条纹为暗条纹。
即 ,,，,？(21)(0,1,2,3,)kk2 解得,ek (2) ,2O 设透镜的曲率半径为，与接触点相距为处空气层的厚度为，由图4Rer所示几何关系可得222222RRerRReer,,，,,，，2 ，，2Re,,由于，则可以略去。
则 e2r (3) e,2Rk由式(2)和式(3)可得第级暗环的半径为2 (4) rRekR,,2,k,k由式(4)可知，如果单色光源的波长已知，只需测出第级暗环的半径，rk RR即可算出平凸透镜的曲率半径;反之，如果已知，测出后，就可计算出入rk,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a,0a,0加了一项。
实验用牛顿环测平凸透镜的曲率半径
实验⽤⽜顿环测平凸透镜的曲率半径实验⼆⼗⼀⽤⽜顿环测平凸透镜的曲率半径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。
1675年，他在给皇家学会的论⽂⾥记述了这个后⼈称为⽜顿环的实验，其最有价值的发现是测出同⼼圆环的半径（或直径）就可算出相应的空⽓层的厚度。
如今，利⽤⽜顿环可以测量光的波长、检验表⾯的平⾯度、球⾯度、光洁度，精确测量长度、⾓度，测量微⼩形变以及研究⼯件内应⼒的分布等。
〔实验⽬的〕1.观察等厚⼲涉现象，了解其特点。
2.测定平凸透镜的曲率半径。
3.学习⽤逐差法处理实验数据的⽅法。
〔实验仪器〕1.钠光灯及其电源2.⽜顿环仪3.读数显微镜〔实验原理〕1.⽜顿环仪图3.21.1⽜顿环仪（图3.21.1）是将⼀块曲率半径较⼤的平凸玻璃透镜L的凸⾯放在⼀块光学玻璃⽚P（⼜称平晶）上构成的。
在透镜的凸⾯与光学玻璃⽚的平⾯之间就形成⼀个从中⼼O向四周逐渐增厚的空⽓层。
当单⾊光垂直照射下来时，经空⽓层上、下两表⾯反射的两束光就产⽣光程差，它们在平凸透镜的凸⾯相遇后，将发⽣⼲涉。
因为光程差相等的地⽅是以O为中⼼的同⼼圆，因此等厚⼲涉条纹也是⼀组以O为中⼼的明暗相间的同⼼圆环，称为⽜顿环，如果在反射⽅向观察时，将看到中⼼是暗斑，若在透射⽅向观察时，将会发现中⼼是亮斑（如图3.21.2a、b）。
图3.21.2（a ）图3.21.2（b ）2.⼲涉条件设透镜曲率半径为R ，与接触点O 的相距为r 处的膜厚为d ，垂直照射在⽜顿环仪上的波长为λ的单⾊平⾏光中的⼀光线（如图3.21.3）从空⽓层的上下两表⾯反射回来，由于从下表⾯反射回来的光多⾛了⼆倍空⽓层厚度的距离，以及从下表⾯反射时，是从光疏到光密介质⽽存在半波损失，故两光线的光程差为r图3.21.3δ＝22λ+d （1）考虑到亮度最⼩的地⽅要⽐亮度最⼤的地⽅容易观测，故选择暗纹中⼼作为测量基准。
⽽产⽣暗环的条件是δ＝（2m ＋1）2λ（m ＝0、1、2…）（2）其中，m 为⼲涉级。
牛顿环实验思考题
牛顿环实验思考题引言牛顿环实验是一种用来研究光的干涉现象的实验。
通过该实验，可以更好地理解和探究光的干涉原理以及与光的波动性质有关的一些重要现象。
在进行牛顿环实验时，我们常常会遇到一些思考题，这些问题不仅能够加深我们对实验的理解，还能够培养我们的思考能力。
本文将围绕牛顿环实验展开思考，探讨其中的一些问题。
问题一：牛顿环实验中，为什么要使用凸透镜？在牛顿环实验中，我们通常会使用凸透镜。
这是因为凸透镜可以使光经过后，光程发生变化，从而产生干涉现象。
当光垂直入射到玻璃平面上时，一部分光会反射，另一部分光会透过玻璃。
进入玻璃后，光线会发生折射，其折射角度与入射角度有关。
在凸透镜上，由于玻璃的曲率半径不同，导致不同位置的光线经过凸透镜的光程差不同。
这种光程差会产生干涉带，形成我们所见到的牛顿环。
问题二：为什么牛顿环是圆环状的？牛顿环实验中，当我们用显微镜观察干涉图案时，我们会发现干涉带呈现出一种圆环状的形态。
这是因为光程差与位置的关系使得干涉带呈现出同心圆的形状。
在实际观察中，我们可以发现：当光源位于玻璃表面下方时，干涉带呈现出较为明显的圆环形状。
而当光源位于玻璃表面上方时，干涉带则呈现出较为模糊的交叉条纹。
这是由于光的反射与折射在玻璃表面的相互作用所形成的。
问题三：牛顿环实验中，为什么要使用平行光？如果使用非平行光会发生什么？在进行牛顿环实验时，通常会使用平行光源。
平行光是指光线方向相同，光线传播方向保持不变的光。
使用平行光的好处是可以使光线入射时的入射角度保持一致，从而保证实验结果的可靠性。
如果使用非平行光进行牛顿环实验，实验结果可能会发生较大的误差。
这是因为非平行光的入射角度不同，导致光线在玻璃表面上的反射和折射角度也不同，从而使得干涉带出现失真。
因此，使用平行光进行牛顿环实验是非常重要的。
问题四：牛顿环实验中，平行光的源的位置对干涉图案有何影响？在牛顿环实验中，平行光的源的位置对干涉图案有着重要的影响。
牛顿环实验思考题
实验十五用牛顿环测量球面的曲率半径课后思考题一．等厚干涉的特征等厚干涉：是由平行光入射到厚度变化均匀、折射率均匀的薄膜上、下表面而形成的干涉条纹．薄膜厚度相同的地方形成同条干涉条纹，故称等厚干涉．牛顿环和楔形平板干涉都属等厚干涉．光路图：特征：1.干涉条纹的级数序列：薄膜越厚，级数越高。
2.相邻条纹的间距：正比于波长，并且入射光的入射角愈大则条纹的间隔愈大。
越靠近接触点，相邻条纹的间隔愈大比如劈尖干涉为明暗条纹均匀分布的直条纹；牛顿环为明暗相间内疏外密的圆环纹。
3.干涉条纹的移动规律：增加薄膜厚度，条纹向楞点方向移动。
4.白色光投射到牛顿环上时u，可见中心为暗斑，而外围有彩色的几个环状条纹。
二．测波长的方法（1）牛顿环测量法；在牛顿环试验中，透镜的曲率半径设为R，则对于第k 级条纹，根据光的干涉条件，它应该满足一个等式，也就是λ。
其中D就是第k 级条纹的直径。
只要用牛顿环仪器测出条纹直径，就可以通过这个公式求出波长。
（2）单色仪测量法；器材：单色仪定标的仪器和单色光源。
原理：主光线在棱镜上的入射和出射总是满足最小偏向条件。
从而单色仪可出设单色光，且出射的单色光波长与鼓轮示数対应。
完成单色仪定标后，令待测光源入射，找到出射时的鼓轮读数即可通过定标曲线确定其波长。
（3）小型棱镜射谱仪法；器材:射谱仪、低压汞灯、电弧电源、底片、显影液、定影液、应谱仪。
原理：利用哈德曼光阑把已知铁谱线和待测谱线拍摄在同一底片上，然后于标准铁谱线对照，利用内插法便可计算出光波长。
说明：这种方法基于色散是线性的，存在系统误差。
实验时应选尽量接近的铁谱线进行估算。
（4）杨氏双缝干涉法；器材：光具座、底片夹、单缝、双缝、测微观察屏、测量显微镜、待测光源。
原理：杨氏双缝干涉原理：双缝干涉的两个相邻亮（暗）条纹的距离△x与波长λ、双缝的间距d及双缝到屏的距离L满足Δx=λz/d。
（5） 双棱镜分光干涉法；器材：光具座、双棱镜、扩束透镜及镜架、成像透镜、测微透视观察屏、卷尺、待测光源等。
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。
用牛顿环测透镜曲率半径的数据处理方法
⽤⽜顿环测透镜曲率半径的数据处理⽅法⽤⽜顿环⼲涉测透镜的曲率半径实验⽬的1．观察⽜顿环产⽣的等厚⼲涉条纹，加深对等厚⼲涉现象的认识。
2．掌握测量平凸透镜曲率半径的⽅法。
实验仪器JXD —B型读数显微镜，⽜顿环仪，钠光灯。
仪器构造说明１．JXD —B型读数显微镜JXD —B型读数显微镜的构造、操作⽅法，见“光学常⽤仪器介绍”中常⽤仪器构造与调节的有关内容，请认真阅读。
２．⽜顿环仪⽜顿环仪是由曲率半径约为200~700厘⽶的待测平凸透镜L和磨光的平玻璃板P叠和装在⾦属框架F中构成，如图1所⽰。
框架边上有三个螺旋H，⽤来调节L和P之间的接触，以改变⼲涉条纹的形状和位置。
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。
图 1实验原理如图2所⽰，在平⾯玻璃板BB ＇上放置⼀曲率半径为R 的平凸透镜AOA ＇，两者之间便形成⼀层空⽓薄层。
当⽤单⾊光垂直照射下来时，从空⽓上下两个表⾯反射的光束1和光束2 在空⽓表⾯层附近相遇产⽣⼲涉，空⽓层厚度相等处形成相同的⼲涉条纹，这种⼲涉现象称为等厚⼲涉。
此等厚⼲涉条纹最早由⽜顿发现，故称为⽜顿环。
在⼲涉条纹上，光程差相等处，是以接触点O 为中⼼，半径为r 的明暗相间的同⼼圆，r 、h 、R 三者关系为h R r h -=22（1）图 2因 R?h （R 为⼏⽶，h 为⼏分之⼀厘⽶）。
所以R r h 22≈光程差为22λδ-=h （2）即22λδ-=R r （3）（3）式是进⼊透镜的光束，光束１先由透镜凸⾯反射回去，光束2穿过透镜进⼊空⽓膜后，由平⾯玻璃板反射形成的光程差，式中λ/2为额外光程差。
在反射光中见到的亮环2222λλ?=-k R r k（4）在反射光中见到的暗环2)12(22λλ?-=-k R r k （5）式中k =0，1，2，…, 从上观察，以中⼼暗环为准，则有=R k r k λ2λ?=k r R k 2（6）可见，测出条纹的半径r ，依（6）式便可计算出平凸透镜的半径R 。
用牛顿环测透镜的曲率半径
2.25用牛顿环测透镜的曲率半径牛顿不仅对力学有伟大的贡献，对光学也有十分深入的研究。
17世纪初，在考察肥皂泡及其他薄膜干涉现象时，他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。
牛顿发现，用一个曲率半径很大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，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”。
牛顿环用光的波动学说可以很容易解释，也是光的干涉现象的极好演示。
光的干涉技术应用极广，例如：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。
牛顿环在检验光学元件表面质量和测量球面的曲率半径及测量光波波长方面得到广泛应用，利用牛顿环还可以测量液体折射率。
本实验要求学生从实验中观察光的干涉现象、了解光的干涉原理，并用牛顿环测量光学元件的曲率半径，学习测量微小长度，学习读数显微镜的使用等。
【实验目的】（1）观察光的等厚干涉现象，了解等厚干涉特点。
（2）掌握用牛顿环测量凸透镜曲率半径的方法。
（3）学习使用读数显微镜【实验原理】牛顿环是把一个曲率半径较大的平凸透镜的凸面放在一块光学平玻璃板上构成的，如图ｌ所示。
平凸透镜与平板玻璃间形成以接触点为对称中心厚度逐渐增加的空气薄膜，平行单色光垂直照射到透镜上，通过透镜，近似垂直地人射到空气层中，经过上下表面反射的两束光存在着光程差，在反射方向就会观察到干涉花样，干涉花样是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆，称为牛顿环，如图2所示。
图1牛顿环装置图2牛顿环牛顿环是典型的分振幅干涉法产生的等厚干涉，它的特点是：明暗相间的同心圆环；级次中心低、边缘高；间隔中心疏、边缘密；同级干涉，波长越短,条纹越靠近中心。
设透镜半径为Ｒ，与接触点Ｏ的距离为ｒ处的薄膜厚度为ｄ，从图1可得出其几何关系：(1)2222222)(r d Rd R r d R R ++−=+−=因为，式（1）中可略去二阶小量，有：r R >>2d(2)Rr d 22=考虑到光从平板玻璃上反射会有半波损失，则光程差为：(3)22λδ+=d 产生第ｍ级暗纹的条件为：(4)2)12((λδ+=m 由式（2），式（3）和式（4），可得出第ｍ级暗纹的半径为(5)λmR r m =同理，也可以得出第ｍ级明纹的半径为：(6)λR m r m )12(−=由式（5）或式（6），如果已知光波波长，只要测出暗纹半径或明纹半径，数出对应的级数，可求出由率半径。
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与平面玻璃CD面相切于O点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面与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，与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，与k级条纹对应的两束相干光的光程差为22e λ∆=+式中e 为第k 级条纹对应的空气膜的厚度，2λ为半波损失。
由干涉条件可知，当(21)(0,1,2,3,)2k k λ∆=+=⋯时，干涉条纹为暗条纹。
即 解得 2e k λ= (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e ，由图4所示几何关系可得()2222222R R e r R Re e r =-+=-++由于R e >>，则2e 可以略去。
则 22r e R = (3) 由式（2）和式（3）可得第k 级暗环的半径为22k r Re kR λ== (4)由式（4）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光程差公式中附加了一项。