1、等厚干預(yù)牛頓環(huán)等厚干預(yù)是薄膜干預(yù)的一種。薄膜層的上下外表有一很小的傾角是，從光源 發(fā)出的光經(jīng)上下外表反射后在上外表附近相遇時產(chǎn)生干預(yù)，并且厚度相同的地方形成同一干預(yù)條紋，這種干預(yù)就叫等厚干預(yù)。其中牛頓環(huán)是等厚干預(yù)的一個最典 型的例子，最早為牛頓所發(fā)現(xiàn)，但由于他主張微粒子學(xué)說而并未能對他做出正確 的解釋。光的等厚干預(yù)原理在生產(chǎn)實踐中育有廣泛的應(yīng)用，它可用于檢測透鏡的 曲率，測量光波波長，精確地測量微笑長度、厚度和角度，檢驗物體外表的光潔 度、平整度等。一. 實驗?zāi)康?1) 用牛頓環(huán)觀察和分析等厚干預(yù)現(xiàn)象；(2) 學(xué)習(xí)利用干預(yù)現(xiàn)象測量透鏡的曲率半徑;二. 實驗儀器讀數(shù)顯微鏡鈉光燈牛頓環(huán)儀三. 實驗

2、原理牛頓環(huán)裝置是由一塊曲率半徑較大的平凸面放在一塊光學(xué)玻璃平板平鏡 上構(gòu)成的，如圖。平凸透鏡的凸面與玻璃平板之間的空氣層厚度從中心到邊緣逐 漸增加，假設(shè)以平行單光垂直照射到牛頓環(huán)上，那么經(jīng)空氣層上、下外表反射的兩 光束存在光程差，他們在平凸透鏡的凸面相遇后，將發(fā)生干預(yù)。從透鏡上看到的 干預(yù)把戲是以玻璃接觸點為中心的一系列明暗相間的圓環(huán)，稱為牛頓環(huán)。同一干 預(yù)環(huán)上各處的空氣層厚度是相同的，因此他屬于等厚干預(yù)。由圖2可見，假設(shè)設(shè)透鏡的曲率半徑為R,與接觸點0相距為r處空氣層的厚度為d,其幾何關(guān)系式為R2(Rd)2R22Rd d2由于R r，可以略去d2得r2R1光線應(yīng)是垂直入射的，計算光程差時還要

3、考慮光波在平玻璃上反射會有半波損失，從而帶來 2的附加程差，所以總光程差為2d - 2所以暗環(huán)的條件是(2k 1) 32其中k 0,1,2,3 為干預(yù)暗條紋的級數(shù)。綜合1 2 3式可得第可 k級暗環(huán)的半徑為rk2 kR 4由式4可知，如果單色光源的波長入，測出第 m級的暗環(huán)半徑rm, 即可得出平圖透鏡的曲率半徑 R;反之，如果R，測出rm后，就可計算出入 射單色光波的波長入。但是用此測量關(guān)系式往往誤差很大，原因在于凸面和平面 不可能是理想的點接觸；接觸壓力會引起局部形變，使接觸處成為一個圓形平面， 干預(yù)環(huán)中心為一暗斑。或者空氣間隙層有了灰塵，附加了光程差，干預(yù)環(huán)中心為 一亮或暗斑，均無法確定環(huán)

4、的幾何中心。實際測量時，我們可以通過測量距 中心較遠的兩個暗環(huán)半徑rm和rn的平方差來計算曲率半徑R。因為r： MRrn2 nR兩式相減可得2 2rm rnF(m n)所以有或rm(m n)D； D；4(m n)由上式可知，只要測出Dm與Dn分別為第m與第n條暗紋的直徑的值, 就能算出R或入。這樣就可防止實驗中條紋級數(shù)難以確定的困難，利用后以計算 式還可克服確定條紋中心位置的困難。四. 實驗內(nèi)容1. 調(diào)整牛頓環(huán)借助日光燈燈光，用眼睛直接觀察，均勻調(diào)節(jié)儀器的3個螺絲直至干 預(yù)條紋為圓環(huán)形且位于透鏡的中心。然后將干預(yù)條紋放在顯微鏡鏡筒 的正下方。1接通汞燈電源。2將牛頓環(huán)裝置放置在讀數(shù)顯微鏡鏡筒下

5、， 鏡筒置于讀數(shù)標尺中央月5cm處。3待汞燈正常發(fā)光后，調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡下底座平臺高度底座可 升降，使呂玻璃片正對汞燈窗口，并且同高。4在目鏡中觀察從空氣層反射回來的光，整個視場應(yīng)較亮，顏色 呈汞光的蘭紫色，如果看不到光斑，可適當調(diào)節(jié) 已玻璃片的傾斜度一般實驗室事先已調(diào)節(jié)好，不可隨意調(diào)節(jié)及平臺高度，直至看到反射光斑，并均勻照亮視場5調(diào)節(jié)目鏡，在目鏡中看到清晰的十字準線的像。6轉(zhuǎn)動物鏡調(diào)節(jié)手輪，調(diào)節(jié)顯微鏡鏡筒與牛頓環(huán)裝置之間的距離。 先將鏡筒下降，使；玻璃片接近牛頓環(huán)裝置但不能碰上，然后緩慢 上升，直至在目鏡中看到清晰的十字準線和牛頓環(huán)像。3 .測量2130環(huán)的直徑1粗調(diào)儀器，移動牛頓環(huán)裝置，使十

6、字準線的交點與牛頓環(huán)中心 重合。2放松目鏡緊固螺絲該螺絲應(yīng)始終對準槽口，轉(zhuǎn)動目鏡使十字準線中的一條線與標尺平行，即與鏡筒移動方向平行。3轉(zhuǎn)動讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)鼓輪，鏡筒將沿著標尺平行移動，檢查十 字準線中豎線與干預(yù)環(huán)的切點是否與十字準線交點重合，假設(shè)不重 合，再按步驟1 2仔細調(diào)節(jié)檢查左右兩側(cè)測量區(qū)域。4把十字準線移到測量區(qū)域中央25環(huán)左右，仔細調(diào)節(jié)目鏡 及鏡筒的焦距，使十字準線像與牛頓環(huán)像無視差。5轉(zhuǎn)動讀數(shù)鼓輪，觀察十字準線從中央緩慢向左或向右移至37環(huán)，然后反方向自37環(huán)向右移動，當十字準線豎線與 30環(huán)外側(cè) 相切時，記錄讀數(shù)顯微鏡上的位置讀數(shù)E3。然后繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪，使 豎線依次與29,28,

7、27,26,25,24,23,22,21環(huán)外側(cè)相切，并記錄讀數(shù)。過 了 21環(huán)后繼續(xù)轉(zhuǎn)動鼓輪，并注意讀出環(huán)的順序，直到十字準線回到 牛頓環(huán)中心，核對該中心是否為 k=0。6繼續(xù)按原方向轉(zhuǎn)動鼓輪，越過干預(yù)圓環(huán)中心，記錄十字準線與右邊第21,22,23,24,25,26,27,28,29,30環(huán)內(nèi)外切時的讀數(shù)。注意：從37環(huán)移到另一側(cè)30環(huán)的過程中鼓輪不能倒轉(zhuǎn)。然后反向轉(zhuǎn)動鼓輪，并 讀出反向移動時各暗環(huán)次序，并核對十字準線回到牛頓環(huán)中心時k是否為0。7按上述步驟重復(fù)測量三次，將牛頓環(huán)暗環(huán)位置的讀數(shù)填入自擬 表中。五. 數(shù)據(jù)處理環(huán)數(shù)XL(mm)XR(mm)123平均123平均302928272625

8、24232221環(huán)數(shù)mXL(mm)XR(mm)Dmmm環(huán)數(shù)nXL(mm)XRmmDnmm302529242823272226211. 用逐差法處理數(shù)據(jù)。-6 29.26 10 m2222222222Dm DnD30D25 D29 D24 D28D23D27 D22 D26 D212. 由公式計算平凸透鏡的半徑 R。9.24 104(m n)0.774 5 589.3 103. 根據(jù)實驗室給出的R的標準值計算出百分誤差理論值Rr' RE100%20%R誤差分析：1、觀察暗斑時，肉眼不能到達準確讀數(shù)，產(chǎn)生讀數(shù)誤差；2、鼓輪倒轉(zhuǎn)導(dǎo)致回程差；3、在實驗操作中，由于中心不可能到達點接觸，在重力和

9、螺釘壓力下，透鏡會變形 ,中心會形成暗斑 ,造成測量結(jié)果偏差；4、平凸透鏡與平面玻璃接觸點有灰塵 ,引起附加光程差；5、讀數(shù)帶來的誤差六. 考前須知1. 為保護實驗儀器，聚焦前，應(yīng)先使物鏡接近被測物，然后使鏡筒 慢慢向上移，直至聚焦。2. 測量讀數(shù)時，目鏡中十字叉絲的橫絲應(yīng)與讀數(shù)標尺相平行，縱絲 應(yīng)與各暗環(huán)相切。3. 測量讀數(shù)時，為防止轉(zhuǎn)動部件螺紋間隙產(chǎn)生的空程誤差，測微鼓 輪只能向一個方向旋轉(zhuǎn)。七 . 思 考題牛頓環(huán)干預(yù)條紋一定會成為圓環(huán)形狀嗎 ?其形成的干預(yù)條紋定域在何處？ 答:牛頓環(huán)是一各薄膜干預(yù)現(xiàn)象。光的一種干預(yù)圖樣，是一些明暗相間的同心圓環(huán)。從牛頓環(huán)儀透射出的環(huán)底的光能形成干預(yù)條紋嗎？如果能形成干預(yù)條紋，那么與反射光形成的條紋有何不同？ 答：可以的，透射光干預(yù)條紋與反射光干預(yù)條紋，正好相反。夾層內(nèi)折射率不是介于透鏡和玻璃板折射率之間， 在透鏡凸外表和玻璃 的接觸點上，空氣層厚度為0,兩反射光的光程差為入/2,因此反射光方向上牛頓環(huán)中心為暗點。透射光方向與反射光條紋相反， 因此透射光牛頓環(huán)中心是一亮點。 如果夾層內(nèi)折射率正好介于透鏡