等厚干涉 实验

1. 等厚干涉实验 大学物理实验

2. 等厚干涉实验

3. 名词解释 • 等厚干涉 • 半波损失 • 牛顿环 • 劈尖干涉 返回目录页

4. 等厚干涉 平行光照射到薄介质上，介质上下表面反射的光会在膜表面处发生干涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差，也就具有相同的干涉光强度，这就是等厚干涉。 返回

5. 半波损失 波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点入射波与反射波有相同的相位。波由波密介质反射，反射点入射波与反射波的相位差π，光程差为λ/2，即产生了半波损失。 对光波说，来自大折射率介质的反射具有半波损失。 返回

6. 牛顿环 牛顿环 将一曲率半径相当大的平凸玻璃透镜放在一平面玻璃的上面，则在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气隙。 空气隙的等厚干涉条纹是一组明暗相间的同心环。该干涉条纹最早被牛顿发现，所以称为牛顿环（Newton -ring） 返回

7. 劈尖干涉 • 将两块光学平玻璃重叠在一起，在一端插入一薄纸片，则在两玻璃板间形成一空气劈尖 • 当一束平行单色光垂直入射时，由空气层上下表面反射的光将在空气层上表面处发生干涉，形成一组平行于交棱的明暗相间、等间距的直条纹。 d’ L 返回

8. 仪器介绍 • 读数显微镜 • 钠灯 • 平凸透镜 • 劈尖 返回目录页

9. 目镜 读数显微镜 读数标尺 上下移动旋钮 物镜 读数盘 水平移动旋钮 返回

10. 钠灯 钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸发并放电发出黄色光。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为589.59nm和589.00nm。这两条谱线很接近，所以可以把它视为单色光源，并取其平均值589.30nm为波长。 返回

11. 平凸透镜 平板玻璃 平凸透镜 平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。 返回

12. 劈尖 两块光学平玻璃重叠在一起，在一端插入一薄纸片，制成实验样品。 平板玻璃 薄纸片 平板玻璃 返回

13. 实验内容 1.用牛顿环测透镜的曲率半径 2.用劈尖干涉法测薄纸片的厚度 • 实验公式 1.牛顿环 2.劈尖 返回目录页

14. 1.牛顿环 在空气厚度为e的地方，上下表面反射的光的光程差为2e+λ/2，光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹，得到曲率半径计算公式： 返回

15. ek X r 2.劈尖 第K级干涉暗条纹对应的薄膜厚度为ek=kλ/2k=0时，e=0,即在两玻璃板接触处为零级暗条纹；若在薄纸处呈现k=N 级条纹，则薄纸片厚为 d=N λ/2条纹，又由暗条纹总数Ｎ＝Ｌ／△x’得到薄纸片厚度的计算公式： d=L λ/2 △x’ 返回

16. 操作要点 • 仪器布置 • 观测干涉条纹 • 测量直径 • 测量薄纸片厚度 返回目录页

17. 仪器布置 返回

18. 观测牛顿环和劈尖干涉条纹 • 光源对准目镜筒上的45°平板玻璃，调节平板玻璃方向，使光垂直照在平凸透镜装置上。此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。 • 被测物体放到载物平台上，调节目镜清晰地看到十字叉丝，然后由下向上移动显微镜镜筒（为防止压坏被测物体和物镜，不得由上向下移动！），看清牛顿干涉环。 • 用同样的方法观察劈尖干涉的条纹。 返回

19. 测量牛顿环直径 • 取m=15，n=5。横向改变显微镜筒位置，使叉丝由第15圈外向第15圈移动直至叉丝交点与之重合，读取C15，继续朝同一方向移动叉丝至第5圈读取C5 ；仍按原方向移动叉丝（为防止产生空程差），越过中央暗环，按同样方法读取C'5 、C'15 。 • 将牛顿环旋转若干角度，重复以上测量共6次。 返回

20. 测量薄纸片厚度 • 由于相邻条纹之间的距离很小，为了减小测量误差，通常测量n条干涉暗条纹之间的距离。取n=10，横向改变显微镜筒位置，使叉丝与某级暗纹重合读取X0,继续朝同一方向移动叉丝,每隔10条暗纹依次读取X1，X2，…，X5。 • 测量交棱到纸边的距离L，重复测5次。 返回

21. 数据处理 • 数据记录 • 曲率半径计算 • 不确定度评定 返回目录页

22. 数据记录表格 1.牛顿环 下一页 单位：mm

23. 2.劈尖干涉 单位：mm 返回

24. 曲率半径计算 薄纸片厚度的计算 返回

25. 不确定度评定 • 先分别计算u(D15)和u(D5),其中B类不确定度均可取 。 • 由传递关系计算R的不确定度。 • 用同样的方法计算d的不确定度。 • 不确定度有效数字取1位。 返回

26. 问题思考 （1）有时牛顿环中央是一亮斑，这是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧密接触而致。试进行理论分析，并推导此时的曲率半径计算公式。 （2）劈尖的夹角的正弦，试讨论当夹角变化时，干涉条纹的疏密的变化。 返回目录页