牛顿环PPT课件

径R，相反，当R已知时，即可算出λ。但由于两接触镜面之间难免附着尘埃，并且在接时难免发生弹
性形变，因而接触处不可能是一个几何点，而是一个圆斑，所以近圆心处环纹比较模糊和粗阔，以致
难以确切判定环纹的干涉级数m，即干涉环纹的级数和序数不一定一致。这样，如果只测量一个环纹
的半径，计算结果可能有较大的误差。为了减少误差，提高测量精度，必须测量距中心较远的、比较
，即
R
r2 m2
r2 m1
(m2 m1)
（4）
实验内容
1、借助室内灯光，用眼睛直接观察牛顿环，调节牛顿环仪上的螺旋使干涉呈圆形，并
位于透镜的中心，但要注意不能拧紧螺旋。
2、将仪器按图（3）所示装置好，直接使用单色扩展光源
钠灯照明。由光源s发出的光照射到玻璃片G上，使一部分光
由G反射进入牛顿环仪。先用眼睛在竖直方向观察，调节玻
实验目的
➢熟悉光路调整 ➢观察反射式牛顿环的干涉图样 ➢测量平凸透镜的曲率半径
实验仪器——实物图 目镜
主尺 1mm
游标尺 0.01mm
调焦手轮
测量手轮
半反射镜 牛顿环
实验仪器——光路示意图
光线经半反射镜M反射后，将改变方向，垂直向下照射在牛顿环 上，在牛顿环上产生干涉条纹，此干涉条纹作为物再经半反射镜透射 进入读数显微镜。再经读数晃微镜的物镜成像在叉平面上，经目镜放 大成像在人的视网膜上。
• 波是物质的一种形式。
波的干涉现象是波的特有表现形式 之一。
产生干涉称为相干波。（上图水波 的干涉现象）
• 阳光照射下皂膜上的彩色花纹和水 面油膜上的彩色花纹是我们最常见 的光的干涉现象。（下图皂膜上的 干涉现象）
言
预习提示
➢牛顿环产生干涉现象的原理及测量曲 率半径的理论公式推导。
➢移测显微镜的结构及使用方法。 ➢设计用逐差法处理原始数据记录表。
，它的量程一般是50mm。水平移动的距离（毫米）由水平标
尺F上读出，小于1mm的数，由测微鼓轮读出，两者之和就是
此时读数显微镜的位置坐标值。图2.1-7(b)是读数显微镜的
螺旋测微装置，它包括标尺F、读数准线和、测微鼓轮A。
读数显微镜的操作方法：
(a)
Ⅰ 调整目镜C，看清十字叉丝。
Ⅱ 将待测物安放在测量工作台上，转动反光镜H，以得
实验仪器——读数显微镜
读数显微镜的结构和原理
读数显微镜是用于精确测量微小长度的专用显微镜，它
主要由用于螺旋测微装置和用于观察的显微镜两部分组成。
E12
如图2.1-7是实验室常用的读数显微镜之一。
测微鼓轮A的周边上刻有100个分格。鼓轮旋转一周，显
微镜筒水平移动1mm，每转一分格，显微镜筒将移动0.01mm
测曲率半径
引
• 光的干涉现象是光的波动性的一种 表现。物质发光是由于原子或分子 的能级跃迁产生的，它们每次发光 的时间平均约为10-8秒。因此每束光 在空间上也是有限长的，通常称为 光波列，其波列长度又称为相干长 度。
• 当一束光被分成两束，分别经过不 同路径再相遇时，如果光程差小于 该束光的相干长度，将会在迭加区 产生干涉现象。
璃片G的高低及倾斜角度，使显微镜视场中能观察到黄色明 亮的视场。
3、调节移测显微镜M的目镜，使目镜中看到的叉丝最为清
晰。将移测显微镜对准牛顿环的中心，上下移动镜筒，对干
涉条纹进行调焦，使看到的环纹尽可能清晰，并与显微镜的
测量叉丝之间无视差。测量时，显微镜的叉丝最好调节成其
中一根叉丝与显微镜的移动方向相垂直，移动时始终保持这
平行光投到这种装置上，则由空
气膜上下表面反射的光波将互相
干涉，形成的干涉条纹为膜的等
图2 (a)
厚各点的轨迹，这种干涉是一种
等厚干涉。在反射方向观察时，
将看到一组以接触点为中心的明
暗相间的圆环形干涉条纹，而且
中心是一暗斑，如图2（a）所示；
如果在透射方向观察，则看到的 图1
图2 (b)
干涉条纹与反射光的干涉条纹的
；G工作台；H反光镜
心超过了被测目标，就要退回，再重新测量。
实验仪器——反射式牛顿环
Fra Baidu bibliotek
牛顿环仪是由一块曲率半径较大 的平凸透镜放在光学平玻璃上构成， 平玻璃表面与凸透镜球面之间形成一 楔形的空气间隙。当用平行光照射牛 顿环仪时，在球面与平玻璃接触点周 围就形成了同心圆干涉环——牛顿环。
反射式牛顿环的特点： 1、条纹形状：干涉条纹是以平凸透镜 与平面玻璃板的接触点为圆心，明暗相 间的同心圆环，中心为暗点（实际上由 于磨损、尘埃等因素影响，中央常模糊 不清） 2、暗环半径：r=(kRλ)1/2 (k=1,2,3,…)
到适当亮度的视场。
Ⅲ 旋动调焦手轮D，使镜筒B下降到接近物体的表面，然
后逐渐上升，直到看清待测物为止。
测量时，显微镜筒的移动方向和被测两点间的连线平行
(b)
。为了防止螺距差，测量时应向同一方向转动鼓轮，若不小
图2.1-7 读数显微镜 A—测微鼓轮；B—显微镜筒；C—目镜 ；D—调焦手轮；E1、E2—准线；F标尺
光强分布恰成互补，中心是亮斑，
原来的亮环处变为暗环，暗环处
变为亮环，如果图2（b）所示。
这种干涉现象最早为牛顿所发现，
故称为牛顿环。
实验原理
设透镜L的曲率半径为R，形成的m级干涉条纹的半径为rm，m级干涉亮条纹的半径为r’m，不难 证明
rm mR
（1）
rm'
(2m 1)R 2
（2）
以上两式表明，当λ已知时，只要测出第m级暗环（或亮环）的半径，即可算出透镜的曲率半
清晰的两个环纹的半径，。如测量出第m1和第m2个暗环（或亮环）的半径（这里的m1、m2均为环的序数 ，不一定是干涉级数），因而 （1）式应修正为
rm2 (m j)R
（3）
式中m为环序数，（m+j）为干涉级数（j级修正值），于是
r2 m2
r2 m1
[(m2
j) (m1
j)]R
(m2
m1)R
上式表明，任意两环的半径平方差和干涉级以及环序数无关，而只与两个环的序数之差（m2-m1 ）有关。因此只要精确测定两个环的半径，由两个半径的平方差值就可准确地算出透镜的曲率半径R
明 环 半 径 ： r=[(2k-1)Rλ/2]1/2
(k=1,2,3,…) 3、条纹不等间距，内疏外密。
返射式牛顿环干涉图
透射式牛顿环干涉图
实验原理
当一曲率半径很大的平凸透
镜的凸面与一磨光平面玻璃相接
触时，在透镜的凸面与平玻璃板
之间将形成一空气膜，离接触点
等距离的一方，厚度相同。如图
（1）所示，若以波长为λ的单色