等厚干涉现象与应用

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1、等厚干涉现象与应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望目录目录一.一.实实 验验 目目 的的二.二.实实 验验 原原 理理三.三.实实 验验 内内 容容四.四.注注 意意 事事 项项实实 验验 目目 的的观察等厚干涉现象。观察等厚干涉现象。学学习习用用牛牛顿顿环环测测量量球球面面曲曲率率半半径径的的原原理理和和方方法。法。学会使用钠光灯及熟炼使用读数显微镜。学会使用钠光灯及熟炼使用读数显微镜。实实 验验 原原 理理一一.等厚干涉等厚干涉 当光源照到一块

2、由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割当光源照到一块由透明介质做的薄膜上时，光在薄膜的上表面被分割成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又成反射和折射两束光（分振幅），折射光在薄膜的下表面反射后，又经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生经上表面折射，最后回到原来的媒质中，在这里与反射光交迭，发生相干。只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表相干。只要光源发出的光束足够宽，相干光束的交迭区可以从薄膜表面一直延伸到无穷远。面一直延伸到无穷远。薄薄膜膜厚厚度度相相同同处处产产生生同同一一级级的的干干涉涉条条纹纹，厚厚度度不不同同处处产产

3、生生不不同同级级的的干干涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。涉条纹。这种干涉称为等厚干涉。SABCDn1n2n1ei1212二二.用牛顿环测透镜的曲率半径用牛顿环测透镜的曲率半径 牛牛顿顿环环仪仪是是由由一一个个曲曲率率半半径径很很大大的的平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面与与一一个个平平面面玻玻璃璃接接触触在在一一起起构构成成，平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面与与玻玻璃璃片片之之间间的的空空气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。气层厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。CORekrkq牛顿环仪牛顿环仪 当当用用平平行行单单色色光光垂垂直直照照射射到到牛牛顿顿环环仪仪上上时时，一一部部分分光光线线在在空空气气层层的的

4、下下表表面面反反射射，一一部部分分光光线线在在空空气气层层的的上上表表面面反反射射，这这两两部部分分光光有有光光程程差差，它它们们在在平平凸凸透透镜镜的的凸凸面面附附近近相相遇遇而而发发生生干干涉涉。当当我我们们用用显显微微镜镜来来观观察察时时，便便可可清清楚楚地地看看到到中中心心是是一一暗暗圆圆斑斑，而而周周围围是是许许多多明明暗暗相相间间、间间隔隔逐逐渐渐减减小小的的同同心心环环，称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。称为牛顿环。它属于等厚干涉条纹。k k级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：级干涉圆环对应的两束相干光的光程差为：由干涉条件可知：由干涉条件可知：R R为透镜的曲率半径，为透镜的曲

5、率半径，r rk k为第为第k k级干涉环的半径，由几何关系可得级干涉环的半径，由几何关系可得 ：所以所以，由于由于 ，可忽略，可忽略，因此得到：因此得到：（此此式式说说明明：与与 成成正正比比，即即离离开开中中心心愈愈远远，光光程程差差增增加加愈愈快快，因因此此，干干涉涉环环愈愈密密。）整理后得：整理后得：上式上式若已知若已知 ，测出第，测出第k级暗条纹的半径级暗条纹的半径r rk k，便可算出透镜的曲率半径，便可算出透镜的曲率半径R。在实验中不能直接用在实验中不能直接用 公式，原因有二：公式，原因有二：实实际际观观察察牛牛顿顿环环时时发发现现，牛牛顿顿环环的的中中心心不不是是一一个个点点，

6、而而是是一一个个不不甚甚清清晰晰的的暗暗或或亮亮的的圆圆斑斑。其其原原因因是是透透镜镜与与平平板板玻玻璃璃接接触触时时，由由于于接接触触压压力力引引起起形形变变，使使接接触触处处为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此为一圆面，而圆面的中心很难定准，因此rk不易测准；不易测准；镜镜面面上上可可能能有有灰灰尘尘等等存存在在而而引引起起一一个个附附加加厚厚度度，从从而形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。而形成附加的光程差，这样，绝对级数也不易定准。为了克服这些困难，为了克服这些困难，对对 进行处理，进行处理，首先取暗环首先取暗环直径直径D Dk k 来替代半径来替代半径r rk k，,则可写成

7、：则可写成：或或再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若再采用逐差法，以消除附加光程差带来的误差，若m与与n级暗级暗环直径分别环直径分别Dm与与Dn，则：则：两式相减得：两式相减得：上式只出现相对级数（上式只出现相对级数（m-n），无需知道待测暗环的绝对级），无需知道待测暗环的绝对级数，而且由于分子是数，而且由于分子是 ，通过几何分析可知，即使，通过几何分析可知，即使牛顿环中心无法定准，也不会影响牛顿环中心无法定准，也不会影响R的准确度。的准确度。实实 验验 内内 容容用牛顿环测定透镜的曲率半径用牛顿环测定透镜的曲率半径1.熟悉读数显微镜的使用方法熟悉读数显微镜的使用方法 目镜目镜调焦手轮

8、调焦手轮测微鼓轮测微鼓轮锁紧手轮锁紧手轮标尺标尺450可调式半反镜可调式半反镜2.2.调整测量装置。调整测量装置。1 1）.调整半反镜，使读数显微镜的目镜中看到均匀明调整半反镜，使读数显微镜的目镜中看到均匀明亮的光场。亮的光场。2 2）.调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰、无视调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰、无视差。调节读数显微镜的物镜调节螺钉，置镜筒于最低差。调节读数显微镜的物镜调节螺钉，置镜筒于最低位置，然后，边观察边升高物镜，直至在目镜中观察位置，然后，边观察边升高物镜，直至在目镜中观察到清晰的牛顿环。到清晰的牛顿环。3.3.测量牛顿环的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔测量牛顿环

9、的直径使干涉圆环中心在视场中央，仔细观察干涉条纹的特点。细观察干涉条纹的特点。4.4.读数显微镜的读数方法读数显微镜的读数方法 主尺的分度值为主尺的分度值为1mm1mm，测微鼓轮共有，测微鼓轮共有100100个刻度，其份度值为个刻度，其份度值为0.01mm0.01mm，可估读到，可估读到0.001mm0.001mm。主尺主尺测微鼓轮测微鼓轮15mm0.506mm最后读数为：最后读数为：15.506mm注注 意意 事事 项项1.在在测测量量时时，读读数数显显微微镜镜的的测测微微鼓鼓轮轮应应沿沿一一个个方方向向转转动动，中中途途不不可倒转。可倒转。2.2.环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。环数不可数错，在数的过程中发现环数有变化时，必须重测。3.3.测测量量中中，应应保保持持桌桌面面稳稳定定，不不受受振振动动，不不得得触触动动牛牛顿顿环环装装置置，否则重测。否则重测。