文档介绍：实验二十九光的等厚干涉(牛顿环)图19在光学发展史上,光的干涉实验证实了光的波动性。当薄膜层的上、下表面有一很小的倾角时,由同一光源发出的光,经薄膜的上、下表面反射后在上表面附近相遇时产生干涉,并且厚度相同的地方形成同一干涉条纹,这种干涉就叫等厚干涉。其中牛顿环和劈尖是等厚干涉两个最典型的例子。光的等厚干涉原理在生产实践中具有广泛的应用,它可用于检测透镜的曲率,测量光波波长,精确地测量微小长度、厚度和角度,检验物体表面的光洁度、平整度等。一实验目的(1)观察光的等厚干涉现象,了解等厚干涉的特点。(2)学****用干涉方法测量平凸透镜的曲率半径和微小待测物的厚度。(3)掌握读数显微镜的原理和使用。,如图19-1(a)所示,在平凸透镜和平板玻璃的上表面之间形成了一层空气薄膜,其厚度由中心到边缘逐渐增加,当平行单色光垂直照射到牛顿环上时,经空气薄膜层上、下表面反射的光在凸面附近相遇产生干涉,其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一组明暗相间的圆环,如图19-1(b)所示。设平凸透镜的曲率半径为R,与接触点O相距为处的空气薄层厚度为ek,那么由几何关系:因R>>ek,所以项可以被忽略,有:(1)现在考虑垂直入射到处的一束光,它经薄膜层上、下表面反射后在凸面处相遇时其光程差:d=2ek+l/2其中l/2为光从平板玻璃表面反射时的半波损失,把(1)式代入得:(2)由干涉理论,产生暗环的条件为:(K=0,1,2,3,……)(3)从(2)式和(3)式可以得出,第K级暗纹的半径:(4)所以只要测出,如果已知光波波长,即可求出曲率半径R;反之,已知R也可由(4)式求出波长。公式(4)是在透镜与平玻璃面相切于一点()时的情况,但实际上并非如此,观测到的牛顿环中心是一个或明或暗的小圆斑,这是因为接触面间或有弹性形变,使得;或因面上有灰尘,使得中心处,所以用公式(4)很难准确地判定干涉级次,也不易测准暗环半径。因此实验中用以下方法来计算曲率半径R。由(4)式,第m环暗纹和第n环暗纹的直径可表示为:(5)(6)其中m+x和n+x为m环和n环的干涉级次,x为接触面的形变或面上的灰尘所引起光程改变而产生的干涉级次的变化量。将(5)式和(6)式相减得到:则曲率半径(7)从(7)式可知,只要测出第m环和第n环直径以及数出环数差m-n,就无需确定各环的级数和圆心的位置了。,使其一端平行相接,另一端夹入一细丝(或待测样品),这样两块平板玻璃之间形成了一个具有一微小倾角的劈形空气薄膜,这一装置就称为劈尖。如图19-2(a)所示。当有平行光垂直照射时,空气薄膜上、下表面反射光产生干涉,从而形成明暗交替、等间隔的干涉条纹,如图19-2(b)所示。其中第K级暗纹的光程差满足:(K=0,1,2,……)当K=0时,由上式可得:ek=0,即为两玻璃接触端,即劈棱。设细丝处干涉级次为N,由于两相邻暗纹间的厚度差为:De=l/2,则细丝厚度为:eN=Nl/2所以只要测出干涉图样中总的条纹数N,即可算出细丝厚度。但实际上N数值往往很大,不易数出,通常只要测出10条条纹的间隔L10和玻璃片交线(劈棱)到细丝的距离L,就可算出总的条纹数:,所以(8)已知,即可求出eN。三实验仪器读数显微镜,钠光灯,牛顿环仪,玻璃片,