牛顿环实验装置聚焦

Ⅰ 牛顿环法测曲率半径的实验报告

一、实验名称：
用牛顿环测量透镜的曲率半径
二、实验目的：
1、观察光的等厚干涉现象，了解干涉条纹特点。
2、利用干涉原理测透镜曲率半径。
3、学习用逐差法处理实验数据的方法。
三、实验仪器：
牛顿环装置（其中透镜的曲率未知）、钠光灯（波长为589.3nm）、读数显微镜（附有反射镜）。
四、实验原理：
将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面放在一个光学平板玻璃上，使平凸透镜的球面AOB与平面玻璃CD面相切于O点，组成牛顿环装置，如图所示，则在平凸透镜球面与平板玻璃之间形成一个以接触点O为中心向四周逐渐增厚的空气劈尖。当单色平行光束近乎垂直地向AB面入射时，一部分光束在AOB面上反射，一部分继续前进，到COD面上反射。这两束反射光在AOB面相遇，互相干涉，形成明暗条纹。由于AOB面是球面，与O点等距的各点对O点是对称的，因而上述明暗条纹排成如图所示的明暗相间的圆环图样，在中心有一暗点（实际观察是一个圆斑），这些环纹称为牛顿环。
五、实验步骤
1、调整测量装置
（1）用眼睛在牛顿环装置上方观察，若环中心不是黑斑或黑斑偏离中部太远，可以轻轻对牛顿环框架螺钉进行调节（切勿用力过大，以免损坏透镜）。
（2）启动钠光灯，让读数显微镜上的45°反射片对着钠光灯，然后调节反射片的倾斜度（实验用的显微镜已装在物镜头上），使显微镜视场中亮度最大。
（3）将显微镜对准牛顿环装置正表面调焦，找到清晰的牛顿环，注意调焦时使物镜接近牛顿环装置（不要相碰），缓慢扭动调节手轮，使显微镜自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹为止。
（4）轻轻地移动牛顿环装置的位置，使条纹中心大致对准叉丝，且当测微手轮转动移动叉丝时，叉丝与圆环相切。如叉丝倾斜可调节显微镜的目镜筒。调节后，在实验过程中不能再动牛顿环装置。
2、观察干涉条纹的分布特征:
注意观察当环心暗纹和叉丝左右移动时条纹间隔的变化，并注意条纹级数的计算。
3、测量牛顿环的直径:
从环心（暗斑）开始，转动测微手轮。一边转动，一边数出暗纹的级数。例如，数到第m+2环后，反方向转动测微手轮，使十字叉丝交点对准第m条暗纹的中间，从显微镜的主尺和测微手轮上的游标刻度记下读数。

Ⅱ 等厚干涉牛顿环实验设计的原理在实验装置中是如何实现的

牛顿来环实验是大学物理实自验中理论和实验结合得比较紧密的实验，相关实验原理在大学物理理论课上有相关的章节，如何依据原理完成测量是实验要完成的任务，从而也体现了理论和实验的侧重点不同。牛顿环实验中形成的是等厚干涉条纹，是以中心接触点为圆心的同心圆，干涉条纹的半径与干涉级数、入射光的波长以及平凸透镜的曲率半径有关，在已知入射光波长的情况下，可以通过测量不同级数的条纹半价来测量曲率半径，实验中为提高测量精度实际测量的是条纹直径，并且考虑到条纹级数难以精确确定，对测量公式进行了一定的调整，尽管如此实验最终直接测量还是不同序数的干涉条纹与左侧以及右侧相切时的位置，实验装置为了完成这个测量用的是读数显微镜。

Ⅲ 牛顿环的环实验

牛顿环实验是这样的：取来两块玻璃体，一块是14英尺望远镜用的平凸镜，另一块是50英尺左右望远镜用的大型双凸透镜。在双凸透镜上放上平凸镜，使其平面向下，当把玻璃体互相压紧时，就会在围绕着接触点的周围出现各种颜色，形成色环。于是这些颜色又在圆环中心相继消失。在压紧玻璃体时，在别的颜色中心最后现出的颜色，初次出现时看起来像是一个从周边到中心几乎均匀的色环，再压紧玻璃体时，这色环会逐渐变宽，直到新的颜色在其中心现出。如此继续下去，第三、第四、第五种以及跟着的别种颜色不断在中心现出，并成为包在最内层颜色外面的一组色环，最后一种颜色是黑点。反之，如果抬起上面的玻璃体，使其离开下面的透镜，色环的直径就会偏小，其周边宽度则增大，直到其颜色陆续到达中心，后来它们的宽度变得相当大，就比以前更容易认出和训别它们的颜色了。
牛顿测量了六个环的半径（在其最亮的部分测量），发现这样一个规律：亮环半径的平方值是一个由奇数所构成的算术级数，即1、3、5、7、9、11，而暗环半径的平方值是由偶数构成的算术级数，即2、4、6、8、10、12。例凸透镜与平板玻璃在接触点附近的横断面，水平轴画出了用整数平方根标的距离：√1=1√2=1.41,√3=1.73,√4=2,√5=2.24等等。在这些距离处，牛顿观察到交替出现的光的极大值和极小值。从图中看到，两玻璃之间的垂直距离是按简单的算术级数，1、2、3、4、5、6……增大的。这样，知道了凸透镜的半径后，就很容易算出暗环和亮环处的空气层厚度，牛顿当时测量的情况是这样的：用垂直入射的光线得到的第一个暗环的最暗部分的空气层厚度为1/189000英寸，将这个厚度的一半乘以级数1、3、5、7、9、11，就可以给出所有亮环的最亮部分的空气层厚度，即为1/178000,3/178000,5/178000,7/178000……它们的算术平均值2/178000,4/178000,6/178000……等则是暗环最暗部分的空气层厚度。
牛顿环装置产生的干涉暗环半径为√(kRλ) ，其中k=0,1,2……
牛顿还用水代替空气，从而观察到色环的半径将减小。他不仅观察了白光的干涉条纹，而且还观察了单色光所呈现的明间相间的干涉条纹。
牛顿环装置常用来检验光学元件表面的准确度．如果改变凸透镜和平板玻璃间的压力，能使其间空气薄膜的厚度发生微小变化，条纹就会移动。用此原理可以精密地测定压力或长度的微小变化。
按理说，牛顿环乃是光的波动性的最好证明之一，可牛顿却不从实际出发，而是从他所信奉的微粒说出发来解释牛顿环的形成。他认为光是一束通过窨高速运动的粒子流，因此为了解释牛顿环的出现，他提出了一个“一阵容易反射，一阵容易透射”的复杂理论。根据这一理论，他认为;“每条光线在通过任何折射面时都要进入某种短暂的状态，这种状态在光线得进过程中每隔一定时间又复原，并在每次复原时倾向于使光线容易透过下一个折射面，在两次复原之间，则容易被下一个折射面的反射。”他还把每次返回和下一次返回之间所经过的距离称为“阵发的间隔”。实际上，牛顿在这里所说的“阵发的间隔”就是波动中所说的“波长”。为什么会这样呢？牛顿却含糊地说：“至于这是什么作用或倾向，它就是光线的圆圈运动或振动，还是介质或别的什么东西的圆圈运动或振动，我这里就不去探讨了。”
牛顿环仪是由曲率半径为R的待测平凸透镜L和玻璃平板P叠装在金属框架F中构成，如下右图所示。框架边上有三个螺钉H，用来调节L和P之间的接触，以改变干涉条纹的形状和位置。调节H时，螺钉不可旋得过紧，以免接触压力过大引起玻璃透镜迸裂、破损。右图为牛顿环实物图。 判断透镜表面凸凹、精确检验光学元件表面质量、测量透镜表面曲率半径和液体折射率。
应用于光谱仪、把复合光分离成单色光的组成。

Ⅳ 牛顿的环是什么原理

凸透镜和平板之间为空气薄膜，当光线进入牛顿环仪时，在内部反射与折射，在平面玻璃和凸透镜的折射点形成一个暗斑，当凸透镜之间与平板之间有磨损时，接触点变成一个圆面，以至于干涉条纹的序数不一定是条纹的级数.

磨损程度就是新的牛顿环仪测出来的曲率半径减去被磨损的仪器测出来的曲率半径之差除以新的讥旦罐秆忒飞闺时酣江仪器测出来的曲率半径成百分之百。

在日光下或用白光照射时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。它们是由球面上和平面上反射的光线相互干涉而形成的干涉条纹。

(4)牛顿环实验装置聚焦扩展阅读：

从反射光看到的牛顿环中心是暗的，从透射光看到的牛顿环中心是明的。若用白光入射．将观察到彩色圆环。牛顿环是典型的等厚薄膜干涉。

凸透镜的凸球面和玻璃平板之间形成一个厚度均匀变化的圆尖劈形空气簿膜，当平行光垂直射向平凸透镜时，从尖劈形空气膜上、下表面反射的两束光相互叠加而产生干涉。

同一半径的圆环处空气膜厚度相同，上、下表面反射光程差相同，因此使干涉图样呈圆环状。这种由同一厚度薄膜产生同一干涉条纹的干涉。

牛顿还用水代替空气，从而观察到色环的半径将减小。他不仅观察了白光的干涉条纹，而且还观察了单色光所呈现的明间相间的干涉条纹。

牛顿环装置常用来检验光学元件表面的准确度．如果改变凸透镜和平板玻璃间的压力，能使其间空气薄膜的厚度发生微小变化，条纹就会移动。用此原理可以精密地测定压力或长度的微小变化。

Ⅳ 如何调节实验装置,才能在读数显微镜观察到等厚干涉

1） 实验装置的调整 ① 先用眼睛粗调
将牛顿环装置放在读数显微镜的工作台上，先不从显微镜里观察而用眼睛沿镜筒方向观察牛顿环装置，移动牛顿环装置，使牛顿环在显微镜筒的正下方。 ② 再用显微镜观察
a．调节目镜，使看到的分划板上十字叉丝清晰。
b．转动套在物镜头上的45o透光反射镜，使透光反射镜正对光源，显微镜视场达到最亮。 c.旋转物镜调节手轮，使镜筒由最低位置，注意不要碰到牛顿环装置，缓缓上升，边升边观察，直至目镜中看到聚焦清晰的牛顿环。并适当移动牛顿环装置，使牛顿环圆心处在视场正中央。

Ⅵ 牛顿环干涉实验怎么做呀

1、接通钠灯预热
2、调整牛顿环装置使牛顿环基本位于装置中心
3、将装置放置在读数显微镜筒下,镜筒置于读数标尺中央
4、钠灯正常发光后,调节底座平台高度及反光玻璃使光可以垂直射到牛顿环上
5、调节物镜转轮,使能在目镜中清晰地看到叉丝和牛顿环像
6、移动牛顿环装置使中心暗斑位于视域中心,调节目镜系统使叉丝交点大致位于牛顿环中心位置
7、测量与读数.
一般是读第40、35、30、25、20、15、10道暗纹的数值,左右都测量后相减得直径/弦长,代入公式算得结果.

Ⅶ 大学物理实验报告（用牛顿环测定透镜的曲率半径）怎么写

用牛顿环测透镜的曲率半径

光的干涉是光的波动性的一种表现.若将同一点光源发出的光分成两束,让它们各经不同路径后再相会在一起,当光程差小于光源的相干长度,一般就会产生干涉现象.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.牛顿环、劈尖是其中十分典型的例子,它们属于用分振幅的方法产生的干涉现象,也是典型的等厚干涉条纹.
【实验目的】
1. 观察和研究等厚干涉现象和特点.
2. 学习用等厚干涉法测量平凸透镜曲率半径和薄膜厚度.
3. 熟练使用读数显微镜.
4. 学习用逐差法处理实验数据的方法.
【实验仪器】
测量显微镜,钠光光源,牛顿环仪,牛顿环和劈尖装置.
图1 实验仪器实物图
【实验原理】
1. 牛顿环
“牛顿环”是一种用分振幅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.
牛顿环装置是由一块曲率半径较大的平凸玻璃透镜,将其凸面放在一块光学玻璃平板（平晶）上构成的,如图2所示.平凸透镜的凸面与玻璃平板之间形成一层空气薄膜,其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加.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.其干涉图样是以玻璃接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环（如图3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,因此称为等厚干涉.
图2 牛顿环装置图3 干涉圆环

与级条纹对应的两束相干光的光程差为
(1)
为第级条纹对应的空气膜的厚度；为半波损失.
由干涉条件可知,当=(2k＋1) （k＝0,1,2,3,...） 时,干涉条纹为暗条纹,即
得
（2）
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,由图2所示几何关系可得
由于R>>d,则 d2可以略去
（3）
由(23-2)和(23-3)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,只需测出第级暗环的半径rm,即可算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.但是由于平凸透镜的凸面和光学平玻璃平面不可能是理想的点接触；接触压力会引起局部弹性形变,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等因素的存在使得在暗环公式中附加了一项光程差,假设附加厚度为（有灰尘时a > 0,受压变形时a < 0）,则光程差为
由暗纹条件
得
将上式代人（4）得
上式中的不能直接测量,但可以取两个暗环半径的平方差来消除它,例如去第环和第环,对应半径为
 -
-
两式相减可得
所以透镜的曲率半径为
(5)
又因为暗环的中心不易确定,故取暗环的直径计算
（6）
 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.
2. 劈尖
将两块光学平玻璃叠合在一起,并在其中一端垫入待测的薄片（或细丝）,则在两块玻璃片之间形成一空气劈尖.当用单色光垂直照射时,和牛顿环一样,在空气劈尖上、下两表面反射的两束相干光发生干涉,其干涉条纹是一簇间距相等,宽度相等切平行于两玻璃片交线（即劈尖的棱）的明暗相间的平行条纹,如图4所示.
图4 空气劈尖干涉
由暗纹条件
（=0,1,2,...）
可得,第级暗纹对应的空气劈尖厚度为
第+1级暗纹对应的空气劈尖厚度为
两式相减得
上式表明任意相邻的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为.又此可推出相隔个条纹的两条干涉条纹所对应的空气劈尖厚度差为
再由几何相似性条件可得待测薄片厚度为
式中,为两玻璃片交线与所测薄片边缘的距离（即劈尖的有效长度）,为个条纹间的距离,它们可由读数显微镜测出.

【实验仪器介绍】
1. 读数显微镜
如图5所示,读数显微镜的主要部分为放大待测物体用的显微镜和读数用的主尺和附尺.转动测微手轮,能使显微镜左右移动.显微镜有物镜、目镜和十字叉丝组成.使用时,被测量的物体放在工作台上,用压片固定.调节目镜进行视度调节,使叉丝清晰.转动调焦手轮,从目镜中观察,使被测量的物体成像清晰,调整被测量的物体,使其被测量部分的横面和显微镜的移动方向平行.转动测微手轮,使十字叉丝的纵线对准被测量物体的起点,进行读数（读数由主尺和测微等手轮的读数之和）.读数标尺上为0-50mm刻线,每一格的值为1mm,读数鼓轮圆周等分为100格,鼓轮转动一周,标尺就移动一格,即1mm,所以鼓轮上每一格的值为0.01mm.为了避免回程误差,应采用单方向移动测量.
1.目镜2.锁紧圈 3.锁紧螺丝4.调焦手轮 5.镜筒支架6.物镜7.弹簧压片8.台面玻璃 9.旋转手轮 10.反光镜11.底座 12.旋手 13.方轴 14.接头轴 15.测微手轮 16.标尺图5 读数显微镜结构图
2.钠光光源
灯管内有两层玻璃泡,装有少量氩气和钠,通电时灯丝被加热,氩气即放出淡紫色光,钠受热后汽化,渐渐放出两条强谱线589.0和589.3,通常称为钠双线,因两条谱线很接近,实验中可认为是比较好的单色光源,通常取平均值589.3作为该单色光源的波长.由于它的强度大,光色单纯,是最常用的单色光源.
使用钠光灯时应注意：
（1）钠光灯必须与扼流线圈串接起来使用,否则即被烧坏.
（2）灯点燃后,需等待一段时间才能正常使用（起燃时间约5-6）.
（3）每开、关一次对灯的寿命有影响,因此不要轻易开、关.另外,在正常使用下也有一定消耗,使用寿命只有500,因此应作好准备工作,使用时间集中.
（4）开亮时应垂直放置,不得受冲击或振动,使用完毕,须等冷却后才能颠倒摇动,避免金属钠流动,影响等的性能.

【实验内容及步骤】
一.利用牛顿环测平凸透镜曲率半径
1. 将牛顿环放置在读数显微镜工作台毛玻璃中央,并使显微镜镜筒正对牛顿环装置中心,点燃钠光灯,使其正对读数显微镜物镜的反射镜.
2. 调节读数显微镜
（1）调节目镜：使分划板上的十字刻线清晰可见,并转动目镜,使十字刻线的横刻线与显微镜筒的移动方向平行.
（2）调节反射镜：是显微镜视场中亮度最大,这时基本满足入射光垂直于待测透镜的要求.
（3）转动手轮15：使显微镜筒平移至标尺中部,并调节调焦手轮4,使物镜接近牛顿环装置表面.
（4）对读数显微镜调焦：缓缓转动调焦手轮4,使显微镜筒由下而上移动进行调焦,直至从目镜视场中清楚地看到牛顿环干涉条纹且无视差为止；然后再移动牛顿环装置,使目镜中十字刻线交点与牛顿环中心大致重合.
3. 观察条纹的分布特征.各级条纹的粗细是否一致,条纹间隔是否一样,并做出解释.观察牛顿环中心是亮斑还是暗斑,若为亮斑,如何解释?
4．测量暗环的直径.转动读数显微镜读数鼓轮,同时在目镜中观察,使十字刻线由牛顿环中央缓慢向一侧移动至23环然后退回第22环,自第22环开始单方向移动十字刻线,每移动一环记下相应的读数直到第13环,然后再从同侧第10环开始记到第1环；穿过中心暗斑,从另一侧第1环开始依次记数到第10环,然后从第13环直至第22环.并将所测数据记入数据表格中.
二、用劈尖测薄片厚度
1. 从读数显微镜工作台上取下牛顿环,换上劈尖,使劈尖两玻璃片交线及薄片边缘在可测量区内.
2. 对显微镜调焦,从目镜中能看到清晰的干涉条纹.如果干涉条纹与两玻璃片交线不平行,则可能是压紧螺钉松紧不合适或薄片上有灰尘.适当调整压紧螺钉的松紧或者擦干净薄片,使干涉条纹与两玻璃交线平行.
3. 调整劈尖在工作台上的位置,使干涉条纹与十字刻线的纵线平行.
4. 转动鼓轮15,把显微镜筒移动到标尺一端再反转,测出劈尖有效L（即两玻璃交线与薄片边缘的距离）.
5. 在劈尖中部条纹清晰处,从第个暗条纹开始记数,然后每隔五个暗条纹记一次数,共记12个读书,记入自拟的数据表格中.用逐差法处理数据.

【注意事项】
1. 牛顿环仪、劈尖、透镜和显微镜的光学表面不清洁,要用专门的擦镜纸轻轻揩拭.
2. 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只能向一个方向旋转,中途不能反转.
3. 当用镜筒对待测物聚焦时,为防止损坏显微镜物镜,正确的调节方法是使镜筒移离待测物（即提升镜筒）.

【数据记录及处理】
一、数据处理
根据计算式,对,分别测量n次,因而可得n个Ri值,于是有,我们要得到的测量结果是.下面将简要介绍一下的计算.由不确定度的定义知
其中,A分量为
B分量为 （为单次测量的B分量）

由显微镜的读数机构的测量精度可得（mm）
于是有
二、数据记录表
1．用牛顿环测透镜的曲率半径
分 组 I 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
级 数 mi 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13
位 置 左
右
直 径 Dmi
级 数 ni 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3
位 置 左
右
直 径 Dni
直径平方差 D-D
透镜曲半 径 R

Ⅷ 怎样调节出清晰的牛顿环

1. 调节牛顿环仪。调节牛顿环仪的三个螺丝，使牛顿环面上出现清晰细小的同心圆环且位于圆框中心。
2.，将牛顿环仪置于工作台面上，使其正对着显微镜，通过转动调焦螺丝，使显微镜下降，尽量接近但不接触牛顿环仪。
3. 缓缓旋动目镜，使镜筒内的十字叉丝清晰可见。
4. 把钠灯放在显微镜正前方约20cm处。打开钠灯开关，预热10 min。待发出明亮的黄光后，调节物镜下方的反光镜方向。当在读数显微镜的视场中看到一片明亮的黄光时，就表明有一束平行单色光垂直照射到牛顿环仪上。
5. 一边通过目镜观察牛顿环仪形成的牛顿环，一边缓缓转动调焦螺丝提升显微镜，使干涉条纹清晰。若看到的牛顿环中心与十字叉丝中心不重合，可轻轻移动牛顿环仪，使二者重合。
6. 转动读数鼓轮，使十字叉丝向右移动，直到十字叉丝竖线对准第35暗环线为止(即相切)。然后反转读数鼓轮，使十字叉丝竖线对准第30暗环线，开始记录位置读数。
7. 沿相同方向，继续转动读数鼓轮，使十字叉丝竖线依次对准第29，28，27，26，25，15，14，13，12，11，10暗环线，记录各环直径右端相应的位置读数。
8. 沿相同方向继续转动读数鼓轮，使十字叉丝通过环心后，依次对准第10，11，12，13，14，15，25，26，27，28，29，30暗环线的中心，读记各环直径左端的位置读数。
9. 计算出R的不确定度和相对误差E 。