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1、等厚干涉实验,大学物理实验,等厚干涉实验,名词解释,等厚干涉 半波损失 牛顿环 劈尖干涉,返回目录页,等厚干涉,平行光照射到薄介质上,介质上下表面反射的光会在膜表面处发生干涉。介质厚度相等处的两束反射光有相同的相位差,也就具有相同的干涉光强度,这就是等厚干涉。,返回,半波损失,波传播过程中,遇到波疏介质反射,反射点入射波与反射波有相同的相位。波由波密介质反射,反射点入射波与反射波的相位差,光程差为/2,即产生了半波损失。 对光波说,来自大折射率介质的反射具有半波损失。,返回,牛顿环,将一曲率半径相当大的平凸玻璃透镜放在一平面玻璃的上面,则在两者之间形成一个厚度随直径变化的空气隙。 空气隙的等厚
2、干涉条纹是一组明暗相间的同心环。该干涉条纹最早被牛顿发现,所以称为牛顿环(Newton -ring),返回,劈尖干涉,将两块光学平玻璃重叠在一起,在一端插入一薄纸片,则在两玻璃板间形成一空气劈尖 当一束平行单色光垂直入射时,由空气层上下表面反射的光将在空气层上表面处发生干涉,形成一组平行于交棱的明暗相间、等间距的直条纹。,L,d,返回,仪器介绍,读数显微镜 钠灯 平凸透镜 劈尖,返回目录页,读数显微镜,返回,目镜,物镜,上下移动旋钮,水平移动旋钮,读数标尺,读数盘,钠灯,返回,钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充有金属钠和氩气。开启电源的瞬间,氩气放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠被蒸发并放
3、电发出黄色光。 钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别为589.59nm和589.00nm。这两条谱线很接近,所以可以把它视为单色光源,并取其平均值589.30nm为波长。,平凸透镜,返回,平凸透镜与平板玻璃组合成牛顿环实验样品。,劈尖,返回,两块光学平玻璃重叠在一起,在一端插入一薄纸片,制成实验样品。,平板玻璃,平板玻璃,薄纸片,实验内容,实验公式 1.牛顿环 2.劈尖,返回目录页,1.用牛顿环测透镜的曲率半径 2.用劈尖干涉法测薄纸片的厚度,1.牛顿环,返回,在空气厚度为e的地方,上下表面反射的光的光程差为2e+/2,光程差为(2k+1) /2处为干涉暗条纹,得到曲率半径计算公式:,2.劈尖
4、,返回,第K级干涉暗条纹对应的薄膜厚度为ek=k/2 k=0时,e=0,即在两玻璃板接触处为零级暗条纹;若在薄纸处呈现k=N 级条纹,则薄纸片厚为 d=N /2条纹,又由暗条纹总数x得到薄纸片厚度的计算公式: d=L /2 x,操作要点,仪器布置 观测干涉条纹 测量直径 测量薄纸片厚度,返回目录页,仪器布置,返回,观测牛顿环和劈尖干涉条纹,返回,光源对准目镜筒上的45平板玻璃,调节平板玻璃方向,使光垂直照在平凸透镜装置上。此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景。 被测物体放到载物平台上,调节目镜清晰地看到十字叉丝,然后由下向上移动显微镜镜筒(为防止压坏被测物体和物镜,不得由上向下移动!),看清牛顿
5、干涉环。 用同样的方法观察劈尖干涉的条纹。,测量牛顿环直径,返回,取m=15,n=5。横向改变显微镜筒位置,使叉丝由第15圈外向第15圈移动直至叉丝交点与之重合,读取C15,继续朝同一方向移动叉丝至第5圈读取C5 ;仍按原方向移动叉丝(为防止产生空程差),越过中央暗环,按同样方法读取C5 、C15 。 将牛顿环旋转若干角度,重复以上测量共6次。,测量薄纸片厚度,返回,由于相邻条纹之间的距离很小,为了减小测量误差,通常测量n条干涉暗条纹之间的距离。取n=10,横向改变显微镜筒位置,使叉丝与某级暗纹重合读取X0 ,继续朝同一方向移动叉丝,每隔10条暗纹依次读取X1,X2, ,X5。 测量交棱到纸边的距离L,重复测5次。,数据处理,数据记录 曲率半径计算 不确定度评定,返回目录页,数据记录表格,下一页,单位:mm,1.牛顿环,返回,单位:mm,2.劈尖干涉,曲率半径计算,返回,薄纸片厚度的计算,不确定度评定,返回,先分别计算u(D15) 和u(D5),其中B类不确定度均可取 。 由传递关系计算R的不确定度。 用同样的方法计算d的不确定度。 不确定度有效数字取1位。,问题思考,(1)有时牛顿环中央是一亮斑,这是由于平凸透镜与平板玻璃没有紧密接触而致。试进行理论分析,并推导此时的曲率半径计算公式。 (2)劈尖的夹角的正弦,试讨论当夹角变化时,干涉条纹的疏密的变化。,返回目录页,
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