牛頓環裝置實驗中

『壹』 牛頓環的實驗原理什麼

牛頓環的實驗原理
衍射，當遮光物體很小時， 大小可以和波長相比較時， 就會發生衍射現象。 當波峰與波峰相遇時， 即為亮點 ， 波峰與波谷相遇時， 極為暗點。
牛頓環儀是由一塊曲率半徑較大的平凸透鏡，和一塊光學平面玻璃片所組成的器件。在平凸透鏡的凸面與玻璃片之間，有一空氣薄層其厚度由中心接觸點到邊緣逐漸增大。若以平行單色光S垂直照射，則經空氣層上下表面反射的兩束光線有一光程差，在平凸透鏡凸面相遇後，將發生干涉。用讀數顯微鏡觀察，便可以清楚的看到中心為一小暗斑，周圍是明暗相間寬度逐漸減小的許多同心圓環。此即等厚干涉條紋。這種等厚環形干涉條紋稱為牛頓環。
實驗具體內容與要求
1、 接通鈉光源，預熱5分鍾後，使讀數顯微鏡物鏡對准牛頓環的中央部分。
2、 調節讀數顯微鏡，看到清楚的明暗條紋，且條紋與叉絲無視差。
3、 將牛頓環調整在量程范圍內，然後用右手反轉副齒輪，將十字叉絲移到右35暗環時再用右手正轉，使叉絲開始向左推進，直到縱絲壓到第30暗環環紋中央，記下顯微鏡讀數即該暗環標度X30,再緩慢轉動副齒輪，使縱絲依次對准第25、20、15、10等暗環環紋中央，記下每次暗環的標度X25, X20, X15, X10。
4、 繼續轉動副齒輪，使縱絲經過牛頓環中心暗斑到另一方，對准第10～30環，依次記下相應的標度X10，, X15，, X20，, X25，, X30，。
5、 算出相應的暗環直徑，再計算R20-10, R25-15, R30-20,最後算出R即可。

『貳』 牛頓環的環實驗

牛頓環實驗是這樣的：取來兩塊玻璃體，一塊是14英尺望遠鏡用的平凸鏡，另一塊是50英尺左右望遠鏡用的大型雙凸透鏡。在雙凸透鏡上放上平凸鏡，使其平面向下，當把玻璃體互相壓緊時，就會在圍繞著接觸點的周圍出現各種顏色，形成色環。於是這些顏色又在圓環中心相繼消失。在壓緊玻璃體時，在別的顏色中心最後現出的顏色，初次出現時看起來像是一個從周邊到中心幾乎均勻的色環，再壓緊玻璃體時，這色環會逐漸變寬，直到新的顏色在其中心現出。如此繼續下去，第三、第四、第五種以及跟著的別種顏色不斷在中心現出，並成為包在最內層顏色外面的一組色環，最後一種顏色是黑點。反之，如果抬起上面的玻璃體，使其離開下面的透鏡，色環的直徑就會偏小，其周邊寬度則增大，直到其顏色陸續到達中心，後來它們的寬度變得相當大，就比以前更容易認出和訓別它們的顏色了。
牛頓測量了六個環的半徑（在其最亮的部分測量），發現這樣一個規律：亮環半徑的平方值是一個由奇數所構成的算術級數，即1、3、5、7、9、11，而暗環半徑的平方值是由偶數構成的算術級數，即2、4、6、8、10、12。例凸透鏡與平板玻璃在接觸點附近的橫斷面，水平軸畫出了用整數平方根標的距離：√1=1√2=1.41,√3=1.73,√4=2,√5=2.24等等。在這些距離處，牛頓觀察到交替出現的光的極大值和極小值。從圖中看到，兩玻璃之間的垂直距離是按簡單的算術級數，1、2、3、4、5、6……增大的。這樣，知道了凸透鏡的半徑後，就很容易算出暗環和亮環處的空氣層厚度，牛頓當時測量的情況是這樣的：用垂直入射的光線得到的第一個暗環的最暗部分的空氣層厚度為1/189000英寸，將這個厚度的一半乘以級數1、3、5、7、9、11，就可以給出所有亮環的最亮部分的空氣層厚度，即為1/178000,3/178000,5/178000,7/178000……它們的算術平均值2/178000,4/178000,6/178000……等則是暗環最暗部分的空氣層厚度。
牛頓環裝置產生的干涉暗環半徑為√(kRλ) ，其中k=0,1,2……
牛頓還用水代替空氣，從而觀察到色環的半徑將減小。他不僅觀察了白光的干涉條紋，而且還觀察了單色光所呈現的明間相間的干涉條紋。
牛頓環裝置常用來檢驗光學元件表面的准確度．如果改變凸透鏡和平板玻璃間的壓力，能使其間空氣薄膜的厚度發生微小變化，條紋就會移動。用此原理可以精密地測定壓力或長度的微小變化。
按理說，牛頓環乃是光的波動性的最好證明之一，可牛頓卻不從實際出發，而是從他所信奉的微粒說出發來解釋牛頓環的形成。他認為光是一束通過窨高速運動的粒子流，因此為了解釋牛頓環的出現，他提出了一個「一陣容易反射，一陣容易透射」的復雜理論。根據這一理論，他認為;「每條光線在通過任何折射面時都要進入某種短暫的狀態，這種狀態在光線得進過程中每隔一定時間又復原，並在每次復原時傾向於使光線容易透過下一個折射面，在兩次復原之間，則容易被下一個折射面的反射。」他還把每次返回和下一次返回之間所經過的距離稱為「陣發的間隔」。實際上，牛頓在這里所說的「陣發的間隔」就是波動中所說的「波長」。為什麼會這樣呢？牛頓卻含糊地說：「至於這是什麼作用或傾向，它就是光線的圓圈運動或振動，還是介質或別的什麼東西的圓圈運動或振動，我這里就不去探討了。」
牛頓環儀是由曲率半徑為R的待測平凸透鏡L和玻璃平板P疊裝在金屬框架F中構成，如下右圖所示。框架邊上有三個螺釘H，用來調節L和P之間的接觸，以改變干涉條紋的形狀和位置。調節H時，螺釘不可旋得過緊，以免接觸壓力過大引起玻璃透鏡迸裂、破損。右圖為牛頓環實物圖。 判斷透鏡表面凸凹、精確檢驗光學元件表面質量、測量透鏡表面曲率半徑和液體折射率。
應用於光譜儀、把復合光分離成單色光的組成。

『叄』 用本實驗裝置觀察牛頓環的實驗中是如何使等厚條紋的產生條件得到近似的滿足的

通過反光鏡反光將光垂直射入牛頓環，調節顯微鏡觀察出干涉條紋

『肆』 牛頓環實驗思考題

樓主是南來京大學大一學生嗎？說不自准我們是同學喲，嘿嘿！
1.由於光的波動性，因此光不是絕對直線傳播的，總有光會漏到牛頓環裝置上的，所以能觀察到牛頓環，並且玻璃片角度越偏向45度，牛頓環越明顯（做實驗調試裝置時你就應該感覺到了）。
2.這個問題書上有公式（第273頁21-4），你抄一下公式就可以了。
3.畫一張光路圖，盡量精準一些，如果對自己的畫圖水平沒有信心，可以在書上第272頁圖21-1上方虛線框中的圖進行改造。（將曲率半徑擴大，在原圖上畫一幅光路圖就一切明了了。）答案是條紋向外移動。中心會變暗（實驗時把房間燈關掉觀察），因為第一圈亮環會向外移動，中心位置的暗斑面積擴大，接受光粒子的數量相應減少，亮度降低。
做一下最後總結：如果你是南京大學的學生，那麼你做的四個光學試驗中有兩個體現了光的粒子性，兩個體現了光的波動性。通過四個實驗，我們應該充分了解光粒子性與波動性的結合，即波粒二象性。

『伍』 牛頓環干涉實驗中分束板的作用是什麼

牛頓環干涉實驗中分束板的作用是能夠讓水平入射的平行光，一部分反射向下進入牛頓環裝置，產生牛頓環。然後，讓牛頓環裝置的出射光線能夠有一部分垂直進入讀數顯微鏡，用於觀測。

『陸』 牛頓環實驗中，有人說，如果接觸點十分理想，反射光牛頓環的中心是一黑點，你認為如何

是的，光學上稱半波損失，一種基本的光學現象。

接觸，即空間距離為零，空版間距離導致的權光程差為零，
下面的平玻璃板和上面的平凸透鏡的折射率大於空氣的折射率，
下玻璃板的反射有半波損失，上面的平凸透鏡的反射沒有半波損失，
總的光程差為半個波長，所以干涉互相抵消，是黑點。

『柒』 牛頓環在實際中的應用

牛頓環簡介
牛頓環，又稱「牛頓圈」。在光學上，牛頓環是一個薄膜干涉現象。光的一種干涉圖樣，是一些明暗相間的同心圓環。例如用一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到接觸點為一暗點，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環；而用單色光照射時，則表現為一些明暗相間的單色圓圈。

這些圓圈的距離不等，隨離中心點的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋。用一個曲率半徑很大的凸透鏡的凸面和一平面玻璃接觸，在日光下或用白光照射時，可以看到接處點為一暗點，其周圍為一些明暗相間的彩色圓環；而用單色光照射時，則表現為一些明暗相間的單色圓圈。

這些圓圈的距離不等，隨離中心點的距離的增加而逐漸變窄。它們是由球面上和平面上反射的光線相互干涉而形成的干涉條紋。

牛頓環的應用有哪些

牛頓環現象的基本原理：
牛頓環的原理並不復雜，它一種光的干涉圖樣．是牛頓在1675年首先觀察到的．將一塊曲率半徑較大的平凸透鏡放在一塊玻璃平板，用單色光照射透鏡與玻璃板，就可以觀察到一些明暗相間的同心圓環．圓環分布是中間疏、邊緣密，圓心在接觸點O．從反射光看到的牛頓環中心是暗的，從透射光看到的牛頓環中心是明的．若用白光入射．將觀察到彩色圓環．牛頓環是典型的等厚薄膜干涉．凸透鏡的凸球面和玻璃平板之間形成一個厚度均勻變化的圓尖劈形空氣簿膜，當平行光垂直射向平凸透鏡時，從尖劈形空氣膜上、下表面反射的兩束光相互疊加而產生干涉．同一半徑的圓環處空氣膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉圖樣呈圓環狀．這種由同一厚度薄膜產生同一干涉條紋的干涉稱作等厚干涉．

牛頓在光學中的一項重要發現就是「牛頓環」。這是他在進一步考察胡克研究的肥皂泡薄膜的色彩問題時提出來的。牛頓雖然發現了牛頓環，並做了精確的定量測定，可以說已經走到了光的波動說的邊緣，但由於過分偏愛他的微粒說，始終無法正確解釋這個現象。事實上，這個實驗倒可以成為光的波動說的有力證據之一。直到19世紀初，英國科學家托馬斯·楊才用光的波動說圓滿地解釋了牛頓環實驗。

牛頓環在生產製造上有著很普遍的運用：判斷透鏡表面凸凹、精確檢驗光學元件表面質量、測量透鏡表面曲率半徑和液體折射率。還可以應用於光譜儀、把復合光分離成單色光
一、測透鏡曲率半徑
牛頓環儀測透鏡曲率半徑

由牛頓環儀的亮環半徑公式（6）和暗環半徑公式（8）知，若已知形成的牛頓環的第j級干涉暗條紋的半徑或第j級干涉亮條紋的半徑公式。在λ已知時，只要實驗測出jr或jr都可求得曲率半徑R。

但由於實際操作中兩接觸面之間難免存在塵埃或發生彈性形變，因此兩光學元件接觸處不可能是一個幾何點，而是一個圓斑。所以牛頓環圓心處環紋粗且模糊難以確定環紋干涉級數j故直接應用公式計算曲率半徑已不太實際。

頂平式牛頓環裝置測透鏡曲率半徑可求出：對頂式牛頓環裝置測透鏡曲率半徑二、測均勻透光介質折射率
牛頓環儀測均勻透光介質折射率

變形牛頓環裝置測均勻透光介質折射率

頂平式牛頓環變形裝置和對頂式牛頓環變形裝置測均勻透光介質折射率的情況與牛頓環儀相同。設入射光波長為λ。則它們的牛頓環半徑可表示為：三、精確檢測光學元件表面的質量
牛頓環儀精確檢測光學元件表面的質量

當光學元件不平滑時或有雜質時，實驗室中觀察牛頓環時，有時會發現本該圓形的牛頓環有局部變形的現象，且一般是牛頓環局部內凹。原因何在？下面給出這一實驗現象的定性的理論分析。在單色光垂直入射的情況下，牛頓環明、暗紋的干涉條件分別是：其特點是同一厚度d處，光程差相等，形成同一級干涉條紋。，但當光學元件表面不平滑時中間介質厚度將發生微小變化；而當表面有雜質時，由於雜質折射率一般大於空氣折射率，引起了附加光程差。兩種情況都會使得干涉條紋產生扭曲。設平玻璃板B上某點P處微小鄰域不規范（有雜質或不圓滑），其折射率為n，沿光線投射方向線度為a ，則點P 處對應的兩反射光光程差為變形牛頓環裝置精確檢測光學元件表面的質量

在頂平式牛頓環變形裝置或對頂式牛頓環變形裝置中，在單色光垂直入射的情況下，牛頓環明、暗紋的干涉條件分別是：其特點是同一厚度d處，光程差相等，形成同一級干涉條紋。但當光學元件表面不平滑時中間介質厚度將發生微小變化；而當表面有雜質時，由於雜質折射率一般大於空氣折射率，引起了附加光程差。兩種情況都會使得干涉條紋產生扭曲。設平凸透鏡B上某點P處微小鄰域存在問題（有雜質或不圓滑），其折射率為n，沿光線投射方向線度為a，則點P 處對應的兩反射光光程差

『捌』 等厚干涉牛頓環實驗設計的原理在實驗裝置中是如何實現的

『玖』 牛頓環實驗的思考題。

f'(x）=3x^2+3a
g(x)=3x^2-ax-3+3a
對滿足-1≤a≤1的一切的值，都有g(x)<0
即-1≤a≤1時，3x^2-ax-3+3a<0
（3-x)a+3x^2-3<0
1,x=3時，不成立
2，x＜3，（3-x)a+3x^2-3為增函數，a=1時取最大值，最大值為3-x+3x^2-3
3-x+3x^2-3＜0
解得0＜x＜1/3
3，x＞3，（3-x)a+3x^2-3為減函數，a=-1時取最大值，最大值為-3+x+3x^2-3
-3+x+3x^2-3＜0
解得（-1-根號73）/6＜x＜（-1+根號73）/6
又x＞3
故不存在
綜上所述
0＜x＜1/3

g(x)=3x^2-ax-3+3a
g(x)『=6x-a
F(x)=xg'(x)+lnx=6x^2-ax+lnx
對於x=2，xg'(x)+lnx>0必須成立
a＜12+In2/2
y=6x^2-ax拋物線的對稱軸為a/12
a/12＜1+In2/24
1+In2/24＜2
所以x≥2時，y=6x^2-ax是增函數，Inx也是增函數
所以F（x)是增函數，x=2時取最小值
所以a＜12+In2/2！