实验15光的等厚干涉与应用

实验15 光的等厚干涉与应用

一 目的

1、 2、 3、 4、

观察光的等厚干涉现象，加深理解干涉原理

学习牛顿环干涉现象测定该装置中平凸透镜的曲率半径 掌握读数显微镜的使用方法 掌握逐差法处理数据的方法

二 仪器

读数显微镜，钠光灯，牛顿环装置

三 原理

牛顿环装置是一个曲率半径相当大的平凸透镜放在一平板玻璃上，这样两玻璃间形成空气薄层厚度e与薄层位置到中央接触点的距离r，凸透镜曲率半径R的关系为：

r2

e

2R

(a)

图20—1

根据干涉相消条件易得第K级暗纹的半径与波长λ及牛顿环装置中平凸透镜的凸面曲率半径R存在下述关系：

2K

2K

(b)

R

K



4K

根据

d

2K

与K成正比的性质采取逐差法处理实验数据

dmdn4R(mn)

四 实验内容及步骤

1、

打开钠光灯，调整牛顿环装置使干涉图样处于装置中心，之后将它放在显微镜的载物台上, 调整显微镜的方向使显微镜下的半反射镜将光反射到牛顿环装置上，如图20-1（a）。

2、

调节显微镜的目镜直到看清“十”字叉丝，降低显微镜筒，使它靠近牛顿环装置的表面，然后慢慢往上调节必要时调节下方的反光镜，直到看清牛顿环图样为止。

3、

转动鼓轮，使显微镜筒大约在主尺中间的位置。移动牛顿环装置，使“十”字叉丝的交点在牛顿环中心，同时转动目镜使横向叉线平行于主尺。

4、

顺时针转动鼓轮，使叉丝左移，同时读出叉丝越过暗纹的数目，读到34环停止移动，然后逆时针慢慢转动鼓轮，使叉丝右移，当叉丝在第32、30、26、24、22、20、18、16、14、12、10暗纹的中心时读数。再继续向右移使叉丝越过牛顿环中心，当叉丝在第10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32暗纹中心时读数计算各环的直径测量值。

5、

把牛顿环装置转90度后，重复第3、4步。并计算各环直径测量平均值。并用逐差法处理数据。

22

五 注意事项

1、 2、 3、

仪器轻拿轻放，避免碰撞。

镜头不可用手触摸，有灰尘时用擦镜纸轻轻拂去不能用力擦拭。

调焦及调鼓轮时不可超出可调范围。为防止产生螺距误差，测量过程中鼓轮只能往一个方向转动，不许中途回倒鼓轮。

六 数据记录及处理

表1 曲率半径较小的数据

k 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Xk1(mm)

27.345 27.541 27.735 27.907 28.079 28.235 28.385 28.531 28.655 28.805 28.941 29.062

Xk2

dk

1 Xk1 Xk

 dk

 dkdk

2

dk

2

22.530 4.815 27.222 22.400 4.822 22.322 5.219 27.435 22.202 5.233 22.145 5.590 27.608 22.010 5.598 21.962 5.945 27.795 21.835 5.960 21.788 6.291 27.965 21.668 6.297 21.632 6.603 28.125 21.508 6.617 21.480 6.905 28.268 21.355 6.913 21.355 7.196 28.415 21.210 7.205 21.195 7.470 28.555 21.072 7.483 21.068 7.737 28.685 20.935 7.750 20.935 8.006 28.808 20.805 8.003 20.808 8.254 28.940 20.688 8.252

4.818 5.226 5.594 5.952 6.294 6.610 6.909 7.200 7.476 7.744 8.004 8.253

23.213 27.311 31.293 35.426 39.614 43.692 47.734 51.840 55.890 59.970 64.064 68.112

n 10 12 14 16 18 20

2

n

m 22 24 26 28 30 32

2m

mn

24.521 24.529 24.597 24.544 24.450 24.420

22

d

2

dn

m

2

23.213 27.311 31.293 35.426 39.614 43.692

47.734 51.840 55.890 59.970 64.064 68.112

24.510

令

Ai

d

2

2

2

nA m

dn m

i

2



162

SAA0.065mm2 i

5i1

经肖维涅准则判断没有坏值

A

2

4MN

n

m

2



A

24.51

866.49mm

4125.893104

2

0.027mm

uS

6

uR

差）

S0.027（忽略仪器误0.01102mm4

4(MN)4125.89310

ER

0.01102

0.12% 866.5

R

2

RuR8.660.0110mm

(p68.3%) 

ER0.12%

k 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

表2

dk

曲率半径较大的数据

1 xk

2 xk

xk1(mm)

29.805 30.238 30.648 31.025 31.375 31.705 32.025 32.325 32.628 32.908 33.178 33.430

xk2

20.015

 dk

9.905

 dkdk

2

dk

2

9.790 29.740 19.835 9.848 10.729 11.539 12.296 13.002 13.672 14.315 14.918 15.516 16.072 16.631 17.146

96.983 115.111 133.1548 151.192 169.052 186.924 204.919 222.547 240.746 258.309 276.590 293.985

19.575 10.663 30.190 19.395 10.795 19.175 11.473 30.595 18.990 11.605 18.795 12.230 30.965 18.602 12.363 18.445 12.930 31.325 18.250 13.075 18.115 13.590 31.662 17.908 13.754 17.795 14.230 31.985 17.585 14.400 17.488 14.837 32.285 17.285 15.000 17.195 15.433 35.585 16.985 15.600 16.930 15.978 32.862 16.695 16.167 16.648 16.530 33.148 16.425 16.732 16.388 17.042 33.415 16.165 17.250

n 10 12 14 16 18 20 令

2n

m 22 24 26 28 30 32

2m

mn

107.936 107.436 107.598 107.117 107.538 107.061

22

2

nm

2

96.983 115.111 133.148 151.192 169.052 186.924

204.919 222.547 240.746 258.309 276.590 293.985

107.448

Ai

2

n；m

i

2

2

n；SAm

2

16

AAi5i1



2

0.33mm2

经判断没有坏值

uR

2

4MN

n

m

2



107.448

3798.57mm；uAS4

4125.89310

A

6

0.14mm2

S0.143

0.0510mm（忽略仪器4

4(MN)4125.89310

0.051031.3% 3798.57

R

误差）

ER

3

RuR3.800.0510mm

(p68.3%) 

ER1.3%