实验3等厚干涉测量平凸透镜的曲率半径308.doc

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308)
一、序言
光的干涉现象证了然光拥有颠簸性
.实现光的干涉需要频率和振动方向相同,
相位差恒定
的两束光(即有关光).获得有关光的方法有两种,一种是把波面上同一振幅分为两部分,
利用
反射、折射再使光束汇聚而产生干涉现象的方法称为
分振幅法;另一种是把同一波阵面分为
两部分,利用反射、折射再使光束汇聚而产生干涉现象的方法称为
分波阵面法。
光的干涉实验中,形成干涉条纹的有关光的光程差一般与光的波长同数量级
.若是有关
光是可见光,光程差在10-7m数量级,而实验中所产生的干涉条纹的间距一般在
10-4~10-6m
数量级,可用相应的光学仪器测得
.这样测得干涉条纹的地址及间距,数出干涉条纹的数量,
、光的几何行程或折射率,也
能够由此出发计算出与光程差有间接关系的其他物理量
.这种利用光的干涉现象,经过对干
涉条纹的测量而得出一些与光的干涉现象有关的物理量的实验方法称为

排是利用干涉法测平凸透镜的曲率半径。
二、实验目的
.
,并对测量结果的不确定度进行评定.
三、实验仪器
牛顿环实验仪、钠灯、牛顿环实验装置
四、实验原理
-1(a)所示,牛顿环实验装置是把一块曲率半径
R为数米的平凸玻璃透镜
A放
,薄膜
厚度e从中心接触点到边缘逐渐增加且中心对称
.用平行单色光自上而下垂直照射平凸透镜
时,透镜下表面的反射光与平板玻璃
上表面的反射光是有关的,其光程差
与入射光波长λ和空气薄膜厚度有关,
在薄膜上表面形成的干涉条纹是以接
触点为圆心的一系列明暗交替的同心
圆环—牛顿环[-1(b)].每一个
圆环所在处空气薄膜的厚度都相等,
所以这种干涉称为等厚干涉.
在空气薄膜厚度为e处,考虑从
其下表面反射的光有半波损失,所以
薄膜上下表面反射的两束有关光的光程差为
2e
2
(-1)
-1(a)中能够看出R2
r2
(Re)2
,简化后得r2
2eRe2,这里r表示厚度为e
处的圆环状干涉条纹的半径,由于空气薄膜的厚度e远小于透镜的曲率半径
R,略去二级小
量e2有
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r2
(-2)
e
2R
将(-2)式代入(-1)式得
r2
R2
依照干涉形成暗条纹的条件
(2k1),(k=0,1,2,3)得
2
r2
kR
(-3)
式中k=0,l,2,分别对应
0级,1级,2级,,测得第
k级暗
环半径rk,由(-3)式可计算出透镜的曲率半径
,平凸透镜和平板
玻璃的接触点不是一个几何点,观察牛顿环时也会看到,
环心地址就不能够正确测定,致使任一级暗环的半径rk也不能够正确测定,所以实验时改测暗环
的直径;接触处由于形变及渺小灰尘的存在,
改变了空气薄膜的厚度而引起附加光程差,
为
了除掉这种系统误差,取两个暗环直径的平方差
.设空气薄膜的附加厚度为
a,(-1)式和
产生暗环的条件为
2(e
a)(2k
1)
2
2
即ek
a,再考虑(-2)式,得r2
kR
、n级暗环直径的平方为
2
Dm2
(2rm)2
4(mR
2Ra)
Dn2
(2rn)2
4(nR
2Ra)
将两式相减,得Dm2
Dn2
4(mn)R
.除掉了由于附加厚度

镜的曲率半径
R
Dm2
Dn2
(-4)
4(m
n)
五、实验装置
-2所示,从钠光灯发出的单色黄光,经读数显微镜
(拜会实验
1的实验装置)
物镜下方的与水平成
45o的平板玻璃片,反射到牛顿环
实验装置上,读数显微镜用来观察并测量所形成的牛顿
环.
实验室中常用的GP20Na型钠光灯是一种低压钠灯.
它的构造和发光原理与汞灯相似
(拜会实验17的实验装
置和图17-6).不相同之处是钠光灯的管胆是用与钠不起化
学反应的抗钠玻璃吹成,
管胆内不封汞滴而是封金属钠.
钠光灯点燃后,经历与汞灯相似的过程,管胆内变成钠
蒸气的钠原子被激发,处于
32p3
和32p1激发态的钠原子
2
2
返回基态时,
,
光的波长.
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GP20Na型钠光灯与

GP20Hg

型汞灯的镇流器可互相通用

.钠灯熄灭后,与汞灯相同需经
5~10min

钠凝结后才能重新启动

.
六、实验内容
(一)调整测量装置
,,让钠黄光直射45o平板玻璃片,
,使
反射镜反面对着钠光灯,准备观察反射光牛顿环.
,使视场中分划板上的十字刻线清楚,而且
“竖直”刻线与镜筒平
,应转动调焦手轮,先
使玻璃片凑近牛顿环装置,尔后使显微镜筒自下而上缓慢上升,直到看清楚牛顿环
.左右或
前后搬动眼睛的同时,屡次仔细调治目镜与分划板及物镜与分划板距离并调焦,
使视场中的
牛顿环与分划板刻线间忽略差.
,
使观察到的牛顿环反差最大而清楚
.用手轻轻调
整牛顿环装置的地址,使环心地址大体与分划板中心重合且在读数显微镜标尺的中央
.
(二)测量牛顿环的直径
转动测微手轮,使读数显微镜的分划板从牛顿环的环心向右
(或向左)搬动,同时记住
视场中的“竖直”刻线所经过的暗环数
0,1,2,.“竖
直”刻线正对第41暗环时,让分划
板反向运动,当“竖直”刻线与第39暗环右侧相切时,记下标尺和测微手轮上的读数
r39,然
后连续搬动分划板,依次记下
r38,r37,r36,r35和r14,r13,r12,r11,r10各个暗环右侧的读数
.连续向左移
动分划板,经过牛顿环心后,依次记下
r10
,r11,r12,r13,r14和
35
36
37
38
,r
39各暗环左侧的读数.
r
,r
,r
,r
为了防范回程误差,测量过程中测微手轮只能沿一个方向转动
.-1
中.
(三)观察破射光所形成的牛顿环
调整读数显微镜与钠光灯的相对高度,
动反射镜,
的灯光,观察破射光牛顿环,总结透射光和反射光所生成的牛顿环的相同点和不相同点.
七、数据办理
八、误差解析
个人收集整理仅供参照学录表格(注:作实验时记录在原始数据上用)
-1
暗环的级数m
39
38
37
36
35
环右侧地址rm(mm)
环左侧地址rm(mm)
Dm2
(mm2)
平均值
暗环的级数n
14
13
12
11
10
环右侧地址r(mm)
Dm2Dn2
n
环左侧地址rn(mm)
Dn2
(mm2)
Dm2
Dn2(mm2)