文档介绍：§实验 1 用牛顿环测凸透镜的曲率半径“牛顿环”是一种用分振方法实现的等厚干涉现象, 最早为牛顿所发现。为了研究薄膜的颜色, 牛顿曾经仔细研究过凸透镜和平面玻璃组成的实验装置。他的最有价值的成果是发现通过测量同心圆的半径就可算出凸透镜和平面玻璃板之间对应位置空气层的厚度; 对应于亮环的空气层厚度与 1、3、5…成比例,对应于暗环的空气层厚度与 0、2、4…成比例。但由于他主张光的微粒说(光的干涉是光的波动性的一种表现)而未能对它作出正确的解释。直到十九世纪初, 托马斯. 杨才用光的干涉原理解释了牛顿环现象, 并参考牛顿的测量结果计算了不同颜色的光波对应的波长和频率。干涉现象在科学研究和工业技术上有着广泛的应用, 如测量光波的波长, 精确地测量长度、厚度和角度, 检验试件表面的光洁度, 研究机械零件内应力的分布以及在半导体技术中测量硅片上氧化层的厚度等。一、实验目的(1) 用牛顿环观察和分析等厚干涉现象; (2) 学****利用干涉现象测量凸透镜的曲率半径; (3) 学会使用读数显微镜测距。二、实验仪器() 型读数显微镜, 钠光灯, 牛顿环( 由平面镜和凸透镜组成, 包括三爪式透镜夹和固定滑座)。三、实验原理 1. 牛顿环: 图 2-1-2 牛顿环图样 rd P ONM 入射光线R 平凸透镜透镜光轴图 2-1-1 牛顿环形成示意图平板玻璃在一块平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透镜,使其凸面与平面相接触,在接触点附近就形成一层空气膜。当用一平行的准单色光垂直照射时, 在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干,形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样, 称为牛顿环, 其光路示意图和图样如图 2- 1-1 和 2- 1-2 。 2. 凸透镜的曲率半径与牛股顿换的关系: 如果已知入射光波长,并测得第 k 级暗环的半径 kr ,则可求得透镜的曲率半径 R 。但实际测量时, 由于透镜和平面玻璃接触时, 接触点有压力产生形变或有微尘产生附加光程差, 使得干涉条纹的圆心和环级确定困难。用直径 mD 、nD ,有?)(4 22nm DDR nm???(2- 1-1) 此为计算 R 用的公式,它与附加厚光程差、圆心位置、绝对级次无关,克服了由这些因素带来的系统误差,并且 mD 、nD 可以是弦长。( 公式推导可查相关资料或网络)。四、实验仪器简介本实验的关键就是测出牛顿环的直径, 下面简单介绍读数显微镜的相关知识。(要深入了解可查网络或书籍。) 读数显微镜( 测距显微镜, 比长仪) 是用来测量微小距离或微小距离变化的。图 2-1-3 为 JXD-B 型读数显微镜,不同型号的外形和量程、分度值略有不同, 但结构和读数原理、操作方法类似。下面以 JCD 3 型为例简介如下。构造: 分为机械部分和光具部分是一个长焦显微镜, 装在一个由丝杆带动的滑动如上, 这个滑动台连同显微镜可以按不同方向安装。可以对准前方、上下、左右移动; 或对准下方, 左右移动。滑动台安装在一个大底座上。读数显微镜的量程一般为几个厘米, 分度值为 1 厘米。常见的一种读数显微镜的机械部分是根据螺旋测微器原理制造的,一个与螺距为 1 毫米的丝杆联动的刻度圆盘上有关 100 个等分格。因此, 它的分度值是 厘米。还有一种类型是用带 毫米标尺的测量目镜来测量微小位移