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1、光的等厚干涉現(xiàn)象與應用,物理實驗中心,目錄,實 驗 目 的 實 驗 原 理 實 驗 內 容 注 意 事 項,實 驗 目 的,觀察等厚干涉現(xiàn)象。 學習用牛頓環(huán)測量球面曲率半徑的原理和方法。 學會使用鈉光燈及熟煉使用讀數(shù)顯微鏡。,,實 驗 原 理,一. 等厚干涉 當光源照到一塊由透明介質做的薄膜上時,光在薄膜的上表面被分割成反射和折射兩束光(分振幅),折射光在薄膜的下表面反射后,又經(jīng)上表面折射,最后回到原來的媒質中,在這里與反射光交迭,發(fā)生相干。只要光源發(fā)出的光束足夠寬,相干光束的交迭區(qū)可以從薄膜表面一直延伸到無窮遠。 薄膜厚度相同處產(chǎn)生同一級的干涉條紋,厚度不同處產(chǎn)生不同級的干涉條紋。這
2、種干涉稱為等厚干涉。,,S,二.用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑 牛頓環(huán)儀是由一個曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面與一個平面玻璃接觸在一起構成,平凸透鏡的凸面與玻璃片之間的空氣層厚度從中心接觸點到邊緣逐漸增加。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,C,,O,,R,,e,k,,r,k,,q,,,牛頓環(huán)儀,當用平行單色光垂直照射到牛頓環(huán)儀上時,一部分光線在空氣層的下表面反射,一部分光線在空氣層的上表面反射,這兩部分光有光程差,它們在平凸透鏡的凸面附近相遇而發(fā)生干涉。當我們用顯微鏡來觀察時,便可清楚地看到中心是一暗圓斑,而周圍是許多明暗相間、間隔逐漸減小的同心環(huán),稱為牛頓環(huán)。它
3、屬于等厚干涉條紋。,k級干涉圓環(huán)對應的兩束相干光的光程差為: 由干涉條件可知: ,,,,,,,,,,,,R為透鏡的曲率半徑,rk為第k級干涉環(huán)的半徑,由幾何關系可得 : 所以 ,由于 , 可忽略, 因此得到:,(此式說明: 與 成正比,即離開中心愈遠,光程差增加愈快,因此,干涉環(huán)愈密。),整理后得: 上式若已知 ,測出第k級暗條紋的半徑rk ,便可算出透鏡的曲率半徑R。,在實驗中不能直接用 公式,原因有二: 實際觀察牛頓環(huán)時發(fā)現(xiàn),牛頓環(huán)的中心不是一個點,而是一個不甚清晰的暗或亮的圓斑。其原因是透鏡與平板玻璃接觸時,由于接觸壓力引起形變,使接觸處為一圓面,而圓面
4、的中心很難定準,因此rk不易測準; 鏡面上可能有灰塵等存在而引起一個附加厚度,從而形成附加的光程差,這樣,絕對級數(shù)也不易定準。,,,,,,,,為了克服這些困難, 對 進行處理,首先取暗環(huán) 直徑Dk 來替代半徑rk , ,則可寫成: 或 再采用逐差法,以消除附加光程差帶來的誤差,若m與n級暗環(huán)直徑分別Dm與Dn, 則: 兩式相減得: 上式只出現(xiàn)相對級數(shù)(m-n),無需知道待測暗環(huán)的絕對級數(shù),而且由于分子是 ,通過幾何分析可知,即使牛頓環(huán)中心無法定準,也不會影響R的準確度。,,,實 驗 內 容,,用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑 1.熟悉
5、讀數(shù)顯微鏡的使用方法,目鏡,調焦手輪,測微鼓輪,鎖緊手輪,標尺,450可調式半反鏡,2 .調整測量裝置。 1).調整半反鏡,使讀數(shù)顯微鏡的目鏡中看到均勻明亮的光場。 2). 調節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡,使十字叉絲清晰、無視差。調節(jié)讀數(shù)顯微鏡的物鏡調節(jié)螺釘,置鏡筒于最低位置,然后,邊觀察邊升高物鏡,直至在目鏡中觀察到清晰的牛頓環(huán)。 3 .測量牛頓環(huán)的直徑使干涉圓環(huán)中心在視場中央,仔細觀察干涉條紋的特點。,,4 .讀數(shù)顯微鏡的讀數(shù)方法 主尺的分度值為1mm,測微鼓輪共有100個刻度,其份度值為0.01mm,可估讀到0.001mm。,主尺,測微鼓輪,15mm,0.506mm,最后讀數(shù)為:15.506mm,,注 意 事 項,1.在測量時,讀數(shù)顯微鏡的測微鼓輪應沿一個方向轉動,中途不可倒轉。 2.環(huán)數(shù)不可數(shù)錯,在數(shù)的過程中發(fā)現(xiàn)環(huán)數(shù)有變化時,必須重測。 3.測量中,應保持桌面穩(wěn)定,不受振動,不得觸動牛頓環(huán)裝置,否則重測。,,