光的等厚干涉——牛頓環實驗目的要求：1.理解牛頓環干涉條紋的成因及特點2.讀數顯微鏡的調整和使用3.學習用等厚干涉法測量透鏡的曲率半徑；4.學會用逐差法處理實驗數據。第1頁/共17頁第一頁，共18頁。實驗原理17世紀初，物理學家牛頓在考察肥皂泡及其他薄膜干涉現象時，把一個玻璃三棱鏡壓在一個曲率已知的透鏡上，偶然發現干涉圓環，并對此進行了實驗觀測和研究。發現，用一個曲率半徑大的凸透鏡和一個平面玻璃相接觸，用白光照射時，其接觸點出現明暗相間的同心彩色圓圈，用單色光照射，則出現明暗相間的單色圓圈。這是由于光的干涉造成的，這種光學現象被稱為“牛頓環”。第2頁/共17頁第二頁，共18頁。托馬斯·楊是波動光學的奠基者之一。他發現利用透明物質薄片同樣可以觀察到干涉現象，進而引導他對牛頓環進行研究，他用自己創建的干涉原理解釋牛頓環的成因和薄膜的彩色，并第一個近似地測定了七種色的光的波長，從而完全確認了光的周期性，為光的波動理論找到了又一個強有力的證據。第3頁/共17頁第三頁，共18頁。牛頓環干涉條紋的成因光程差：第k級暗條紋的半徑為:由干涉條件:

明環

暗環由圖可見:第4頁/共17頁第四頁，共18頁。牛頓環干涉條紋的特點1.分振幅、等厚干涉；2.明暗相間的同心圓環；3.級次中心低、邊緣高；4.間隔中心疏、邊緣密；5.同級干涉，波長越短,條紋越靠近中心。

第5頁/共17頁第五頁，共18頁。牛頓環測透鏡曲率半徑的原理Dk+mDkdA2①透鏡凸面與平板玻璃表面間并非理想的點接觸，難以準確判斷干涉級次k及環的圓心位置；②讀數顯微鏡目鏡中的‘十字叉絲’不易做到與干涉條紋嚴格相切。

測量時不用

原因：dA1第6頁/共17頁第六頁，共18頁。讀數顯微鏡目鏡物鏡上下移動旋鈕水平移動旋鈕讀數標尺讀數盤讀數顯微鏡由顯微鏡與移動測量裝置組成顯微鏡由目鏡、分劃板和短焦距物鏡組成第7頁/共17頁第七頁，共18頁。

讀數顯微鏡的成像光路F1F1F2F2f1f2△L視角放大率：

M=0.25△／f1f2目鏡物鏡叉絲平面明視距離第8頁/共17頁第八頁，共18頁。

顯微鏡調焦第一步：旋轉目鏡F1F1目鏡物鏡叉絲平面明視距離F2F2F2F2F2F2使十字叉絲成象在明視距離處第9頁/共17頁第九頁，共18頁。

顯微鏡調焦第二步：調節升降螺旋叉絲平面明視距離目鏡物鏡F1F1F2F2成虛象范圍使物成象在與叉絲象相同的平面上第10頁/共17頁第十頁，共18頁。讀數顯微鏡的視差成因：叉絲與物的象不共面消除方法：仔細調焦叉絲像平面物像平面視差共面無視差第11頁/共17頁第十一頁，共18頁。牛頓環的應用◎牛頓環等厚干涉條紋的形狀反映了兩個光學表明間距變化情況。利用牛頓環可以檢測光學球面（或平面）的加工質量。◎根據本實驗原理，已知曲率半徑的牛頓環可測定單色光的波長。◎在牛頓環儀的鏡面充滿透明的液體光學介質，就可以測量其折射率n第12頁/共17頁第十二頁，共18頁。實驗內容1、調節讀數顯微鏡，找出牛頓環干涉條紋。2、按書中數據記錄表格，從左到右移動目鏡，讀出從外到內若干環的位置讀數。3、用逐差法計算被測透鏡的曲率半徑。

第13頁/共17頁第十三頁，共18頁。誤差的主要來源與分析1、條紋的定位精度（偶然誤差）定位誤差的大小在條紋寬度的1/5~1/10。

解決辦法：取級次較高的環進行測量。2、叉絲不平的影響（系統誤差）顯微鏡叉絲與顯微鏡移動方向不平行產生的誤差。

解決辦法：改直徑測量為弦長測量。3、平凸透鏡的不穩定性（偶然誤差/系統誤差）由固定螺絲的松緊度不同造成。

解決辦法：鏡間加很薄的環形墊圈進行固定。第14頁/共17頁第十四頁，共18頁。儀器實物第15頁/共17頁第十五頁，共18頁。預習與思考1.用移測顯微鏡測量牛頓環直徑時，若測量的不是干涉環的直徑，而是干涉環的同一直線上的弦長，對實驗是否有影響？為什么？2.透射光能否形成牛頓環？它和反射光形成的牛頓環有什么區別？3.用同樣的方法能否測定凹透鏡的曲率半徑？4.有時牛頓環中央會出現亮斑，這是為什么？5.實驗中，若平板玻璃上有微小的凸起，則凸起處的干涉條紋發生變化。此時干涉條紋如何變化？第16頁/共17頁第十六頁，共18頁。謝謝您的觀看！第17頁/共17頁第十七頁，共18頁。內容總結光的等厚干涉——牛頓環。第1頁/共17頁。這是由于光的干涉造成的，這種光學現象被稱為“牛頓環”。①透鏡凸面與平板玻璃表面間并非理想的點接觸，難以準確判斷干涉級次k及環的圓心位置。讀數顯微鏡由顯微鏡。M=0.2