文档介绍：实验 牛顿环实验
【实验目的】：
1．观察等厚干涉现象——牛顿环的条纹特征。
2．利用等厚干涉测量平凸透镜曲率半径。
3. 学****用逐差法处理实验数据的方法。
【实验仪器】：
牛顿环仪，读数显微镜，低压钠灯
【实验原理】：
牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜，以其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的，如图1所示。平凸透镜的凸面与玻璃平板之间的空气层厚度从中心到边缘逐渐增加，若以平行单色光垂直照射到牛顿环上，则经空气层上、下表面反射的二光束存在光程差，它们在平凸透镜的凸面相遇后，将发生干涉。从透镜上看到的干涉花样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的圆环（如图２所示），称为牛顿环。由于同一干涉环上各处的空气层厚度是相同的，因此它属于等厚干涉。
图1 牛顿环装置图2 牛顿环
由图１可见，如设透镜的曲率半径为R，与接触点O相距为r处空气层的厚度为d，其几何关系式为：
由于R>>d，可以略去d2得： (1)
光线应是垂直入射的，计算光程差时还要考虑光波在平玻璃板上反射会有半波损失，从而带来/2的附加程差，所以总程差为： (2)
产生暗环的条件是：=(2k＋１)(3)
其中ｋ＝0，1，2，3，...为干涉暗条纹的级数。综合(1)、(2)和(3)式可得第ｋ级暗环的半径为： (4)
由(4)式可知，如果单色光源的波长已知，测出第ｍ级的暗环半径ｒm，即可得出平凸透镜的曲率半径R；反之，如果R已知，测出rm后，就可计算出入射单色光波的波长。但是用此测量关系式往往误差很大，原因在于凸面和平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部形变，使接触处成为一个圆形平面，干涉环中心为一暗斑。或者空气间隙层中有了尘埃，附加了光程差，干涉环中心为一亮（或暗）斑，均无法确定环的几何中心。实际测量时，我们可以通过测量距中心较远的两个暗环的半径rm和rn的平方差来计算曲率半径R。
因为：rm2=mRrn2=nR两式相减可得：
所以或 (5)
由上式可知,只要测出Dm与Dn（分别为第m与第n条暗环的直径）的值，就能算出R或。这样就可避免实验中条纹级数难于确定的困难，利用后一计算式还可克服确定条纹中心位置的困难。
【实验步骤与内容】：
1、把钠光灯、牛顿环和读数显微镜按顺序放置，靠拢后目测调至共轴。调整显微镜的物镜与牛顿环中心大致重合。
2、点亮钠光灯，使钠光垂直照射到牛顿环装置上，此时显微镜上有明亮的视场，前后移动显微镜，直至观察到清晰的等厚干涉同心圆环。
3、转动测微鼓轮，使叉丝的交点移近某明环，当竖直叉丝与环外侧相切时（观察时要注意视差），从测微鼓轮及主尺上读下其位置x，将叉丝慢慢移动至环的另一边时，记下移动的鼓轮圈数及与环内侧相切时的位置x’。
4、环的直径为“鼓轮圈数n”加“x与x’之间的距离”。
【数据处理】：
利用测微目镜的鼓轮测出（除中心圆环外）明环直径Dm，然后每隔（例如：3）个明环测出的明环直径Dm+3,Dm+6,Dm+9、Dm