大學物理實驗——光的等厚干涉現(xiàn)象與應用

光的等厚干涉現(xiàn)象與應用 暢理藜驗中心 一. 實驗目的 二. 實驗原理 實驗內(nèi)容 四.注 事項 實驗目的 丄觀察等厚干涉現(xiàn)象。 丄學習用牛頓環(huán)測量球面曲率半徑的原理和方 法。 丄學會使用鈉光燈及熟煉使用讀數(shù)顯微鏡。 實驗原理 ?等厚干涉 r=i r=i 當光源照到一塊由透明介質(zhì)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(zhì)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?qū)挘喔晒馐慕坏鼌^(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。這種干涉稱為等厚干涉。  二.用牛頓環(huán)測透鏡的曲率半徑 l=i 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 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: 2% +巳 由干涉條件可知: 3 = 2ek + — = kA 2 5 二 2勺+* 二（2k+l/ k 2 2 k二123,…，兄條紋 k二0」2…，暗條紋 勸透鏡的曲率半徑，乙為第傾干涉環(huán)的半徑，由幾何關系可得: R2=（RyQF 所以rk = 2ekR~el ,由于R»ek, &可忽略， 因此得到： rk 2R （此式說明：〈與 斥成正比，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: kA 上式若已知；I，測出第E級暗條紋的半徑々，便可算出透鏡的曲率半徑R。 在實驗中不能直接用R 丄 公式，原因有二: kA ①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，而圓面的中心很難定準，因此a 不易測準； ②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。 對R唱進行處理,首先取暗環(huán) 以=2幾，則可寫成： 為了克服這些困難, 直徑么來替代半徑心， D： = 2kR九 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)直徑分別幾與殳, 則：D； = 4mia D： = 4風 兩式相減得： d? _ d? r _ m n 4(m-n)2 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D： — D；,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(nèi)容 丄用牛頓環(huán)測定透鏡的曲率半徑 1 ?熟悉讀數(shù)顯微鏡的使用方法 鎖緊手輪 測微鼓輪 標尺 45?？烧{(diào)式半反鏡  2 ?調(diào)整測量裝置。 1).調(diào)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(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的目鏡，使十字叉絲清晰、無視 差。調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡的物鏡調(diào)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。 3 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?001 mu O 10 20 30 40 主尺 15mm 測微鼓輪 0>506mm 最后讀數(shù)為：15.506mm 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 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。