光的等厚干涉南昌大学物理实验.docxVIP

精品文档 精品文档 PAGE PAGE #欢迎下载 南昌大学物理实验报告 课程名称： 普通物理实验（1） 实验名称: 学院： 光的等厚干涉 理学院 专业班级： 应用物理学152班 学生姓名： 学号： 实验地点: B313 座位号： 26 实验时间: 第十一 '周星期四上午 10点开始 一、实验目的： 1、 观察牛顿环和劈尖的干涉现象。 2、 了解形成等厚干涉现象的条件及特点。 3、 用干涉法测量透镜的曲率半径以及测量物体的微小直径或厚度。 、实验仪器: 钠光灯，牛顿环装置，读数显微镜，平凸透镜，劈尖。 三、实验原理: 牛顿环 当一块曲率半径很大的平凸透镜的凸面放在一块光学平板玻璃上时，在它们之间形成从中心向四周逐渐增厚的空 气薄膜，离中心点等距离处厚度相同。当一束单色光垂直射入时，入射光在空气层上下两表面反射，且在上表面相遇 产生干涉，其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的同心环形条纹。如果光束是白色的，将观察到彩色条 纹。 设在条纹半径r出空气厚度为e,如图1所示。那么，在空气层下 表面B处所反射的光线比在 A处所反射的光线多经过一段距离 2e。此外， 由于两者反射情况不同： B处是从光疏介质（空气）射向光密介质（玻 璃）时在界面上的反射，A处则从光密介质射向光疏介质时被反射， 因B c=2e+处产生半波损失，所光程差为 c=2e+ 2e+ =k （ 2e+ =k （明环） 2e+ = （2k+1）-（暗环） 从上图可知 =2Re- 因R<<e，故 <<2Re, 可忽略不计，于是 e= 上式说明e与r的平方成正比，所以离开中心愈元，光程差增加愈快，所看到的圆环也变得越来越密。 联立上式可得 （明环） =kR （暗环） 如果已知入射光的波长 ，测出低k级暗环的半径r，由上式即可求出透镜的曲率半径 Ro 但在实际测量中，牛顿环中心不是一个理想的暗点，而是一个不太清晰的暗斑，无法确切定出 k值，又由于镜面 上有可能存在微小灰尘，这些都给测量带来较大的系统误差。 通过取两个半径的平方差值来消除上述两种原因造成的误差。假设附加厚度为 a,则光程差为 8=2 (e+a) +-= (2k+1) e= -a 联立得取m n级暗环，则对应的暗环半径为由此可得透镜曲率半径 R为=kR -2Ra=mR-2Ra=nR -2Ra由于环心不易确定，所以式子改用直径 、来表示:实验中波长入已知，所以只要测量出第 m环和第n环的直径 联立得 取m n级暗环，则对应的暗环半径为 由此可得透镜曲率半径 R为 =kR -2Ra =mR-2Ra =nR -2Ra 由于环心不易确定，所以式子改用直径 、来表示: 实验中波长入已知，所以只要测量出第 m环和第n环的直径 ， 2.劈尖 劈尖干涉也是一种等厚干涉，如图 2,期统一条纹是由劈尖相同厚度处 的反射光相干产生的，其形状决定于劈尖等厚点的轨迹，所以是直条纹。与 牛顿环类似，劈尖产生暗纹条件为 ，就可以计算出 R。 2e+ = （2k+1） 与k级暗纹对应的劈尖厚度 id e=— 设薄片厚度d，从劈尖尖端到薄片距离 I，相邻暗纹间距 I，则有 d= 四、实验内容和步骤： 1、利用牛顿环测定透镜的曲率半径 1） 启动钠光灯电源，几分钟后，灯管发光稳定后，开始实验，注意不要 反复拨弄开光。 2） 前后左右移动读数显微镜，也可轻轻转动镜筒上的 45反光玻璃，使 钠光灯正对45玻璃，直至眼睛看到显微镜视场较亮，呈黄色。 3） 用显微镜观察干涉条纹： 先将显微镜镜筒放至最低， 然后慢慢升高镜 筒，看到条纹后，来回轻轻微调，直到在显微镜整个视场都能看到非 常清晰的干涉条纹，观察并解释干涉条纹的分布特征。 4） 测量牛顿环的直径。 转动目镜看清目镜中的叉丝， 移动牛顿环仪，使 十字叉丝的交点与牛顿环中心重合，移动测微鼓轮，使叉丝交点都能够准确地与各圆环相切，这样才能正确无误 地测出各环直径。 在测量过程中，为了避免转动部件的螺纹间隙产生的空程误差， 要求转动测微鼓轮使叉丝超过右边第 33环，然后 倒回到第30环开始读数（在测量中不可倒退，以免产生空程误差）。在转动鼓轮过程中，每一个暗环读一次数， 记下各次对应的坐标 x,第20环以下，由于条纹太宽，不易对准，不必读数。在牛顿环两侧可读出 20个位置数 据，由此可计算出从第 21环至第30环的十个直径，即： = |,、 分别为同一暗环直径左右两端的读 数。这样一共10个直径数据，按 m-n=5配成5对直径平方之差，即： 。 5）已知钠光波长为 =5.893 cm。分别求出五个相应的透镜曲率半径值，并求出算术平均值。 2、 利用劈尖干涉测定微小厚度 1） 用读数显微镜观察劈尖干涉的图像。 2） 记下待测薄片边沿的读数。 3） 测量10个暗纹间距，得到一个条纹间