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d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.d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

长度方面:量块，量块附件，水平尺，标准平晶，平面平晶，平行平晶，平面等厚干涉仪，平台平板，刀口尺，刀口直角尺，三棱尺，四棱尺，平尺，直角尺检定仪，方箱，研磨平尺，滤光片，角度块，角度规，组合角度规，角度尺，角度表，量角器，正弦规，直角尺，测角仪，多面棱体，多齿分度台，分度头，准直仪，水平仪检定器，水平仪零位检定器，水平仪，水准器，光学象限仪，表面粗糙度样块，刻线样板，粗糙度（轮廓）仪，三针，电感比较仪，斜块式测微仪检定器，卡尺校正器，深度尺校正器，内测千分尺校正器，高度规，步距规，测高仪，测高仪(二次元)，刮板细度计，V形架，工程质量检测仪。通用量具组百分（千分）表，大量程百分表，深度百分表，杠杆百分（千分）表，内径百分（千分）表，测微表，数显指示表，比较仪，扭簧比较仪，杠杆齿轮测微计，卡规，百分表卡规，带表卡规，游标（数显）卡尺，深度游标（数显）卡尺，高度游标（数显）卡尺，带表卡尺，游标测齿卡尺，测厚规，外径（内径）千分尺，公法线千分尺，螺纹千分尺，深度千分尺，内测（内径）千分尺，三爪内径千分尺。测绘、光学仪器组投影仪，工具显微镜，测长仪，测长机，光学计，接触式干涉仪，电脑测微仪，圆度仪，孔径仪，平板仪，皮革面积计，水准标尺，水准仪，光学经纬仪，电子经纬仪，经纬仪检定装置，多目标平行光管，准线仪，光电测距仪，激光测距仪，全站仪，光学径向检查仪。 线纹、精密测试组基线尺，金属线纹尺，玻璃尺，物镜标尺，焊接检验尺，铁路轨距尺，套管尺，钢直尺，布卷尺，标准钢卷尺，钢卷尺，测深钢卷尺，磁尺，光栅尺，位移传感器，百分（千分）表检定仪，激光测径仪，光栅指示表检定仪，光面塞规，圆锥塞规，圆锥量规，光面环规，各种螺纹规，塞尺，半径样板，针规，量具测力仪，测厚仪及校正片，节距规，CMM测量机（三次元），CNC加工中心（数控机床），编程机，测孔机，菲林测量机，基（周）节仪，直径测控仪，伸长率试验仪，压力头，球压仪，响环试验器，发声玩具试验器，斜截圆筒，触及性探头，试验指，锐利尖端试验器，边缘试验器，咬合器等各种玩具安全检测设备，力臂杠杆，标准玻璃板，试验筛，超声波探伤试验块，锥形销，各种液位计，液塑象限仪，柔性尺，刀具设定仪，各种插头量规，水泥试模，产品几何量长度角度测试及形位误差测量，各种模具检测等。 力学方面:主要从事质量传递和对称重仪器的检定与校准。现开展的项目有：标准砝码（E2等级及以下，最大可测量能力：1 t）、各种专用砝码、电子天平、机械天平、质量比较器、架盘天平、扭力天平、液体比重天平、汽车（摩托车）轴（轮）重仪、标准测力杠杆、电子秤、大型电子汽车衡（最大可测量能力：200 t）、电子皮带秤、定量包装秤、定量自动衡器、核子秤、机械秤、其他称重设备等。测力 主要从事与力值相关的仪器的检定与校准。现开展的项目有：标准测力仪（0.1级及以下级别，最大可测量能力：3 MN）、负荷传感器、称重传感器、各种工作测力仪（最大可测量能力：30 MN）、各种拉力、压力和万能材料试验机（最大可测量能力：30 MN）、各种抗折试验机、摆锤式、悬臂梁式冲击试验机、千斤顶（最大可测量能力：15 MN）、d簧拉压试验机、汽车（摩托车）制动检验台、汽车底盘测功机、水泥质量检测专用设备、土工检测专用设备、沥青检测专用设备、纺织检测专用设备、皮革检测专用设备等，以及其它专用力值检测设备。扭矩、硬度扭矩扳子、扭矩仪、液压板子、电动、气动扭矩扳子、混凝土回d仪、金属洛氏、布氏、维氏硬度计、金属表面洛氏硬度计、显微硬度计、里氏硬度计、韦氏硬度计等各种金属硬度计。邵氏硬度计、定负荷橡胶国际硬度计、微型橡胶国际硬度计等各种非金属硬度计。标准洛氏、布氏硬度块，标准橡胶国际硬度硬度块，各种金属非金属工件类的硬度测量。 开展的检定/校准项目（按行业分类）建筑：各种拉力、压力和万能材料试验机（最大可测量能力：30 MN）、各种抗折试验机、千斤顶（最大可测量能力：15 MN）、水泥质量检测专用设备、土工检测专用设备、沥青检测专用设备、混凝土回d仪、电子天平、机械天平、电子秤（最大可测量吨位：150 t）、机械秤、架盘天平等。机械（制造）：各种拉力、压力和万能材料试验机（最大可测量能力：30 MN）、各种抗折试验机、摆锤式、悬臂梁式冲击试验机、各种金属硬度计、扭矩扳子（最大可测量能力：3000 N?m）、扭矩仪（最大可测量能力：3000 N?m）、液压板子、电动、气动扭矩扳子等。化工：电子天平、机械天平、架盘天平、扭力天平、悬臂梁式冲击试验机、各种拉力试验机等。疾控：电子天平、机械天平、扭力天平、架盘天平等。港口、火电厂：电子秤、大型电子汽车衡（最大可测量能力：150 t）、电子皮带秤、定量包装秤、定量自动衡器、核子秤、机械秤、其他称重设备等。热学方面:中低温二等标准铂电阻温度计、工业铂热电阻温度计、工业铜热电阻温度计、二等标准水银温度计、标准汞基温度计、精密玻璃液体温度计、普通玻璃液体温度计、石油产品用玻璃液体温度计、高精密玻璃液体温度计、高精密石油产品用玻璃液体温度计、标准贝克曼温度计、工作用贝克曼温度计、指针式半导体点温计、电接点玻璃温度计、压力式温度计、双金属温度计、数字温度计、高精密数字温度计、温度堆栈模块、自校式铂电阻测温仪、温度巡检仪、温度记录仪、温度数据采集器、炉温跟踪仪、温度变送器、温度校验器、半导体温控仪、干井温度校验炉、智能热原仪、标准铜－康铜热电偶、工作用铜－康铜热电偶、工作用廉金属热电偶、标准体温计、体温计。高温标准铂铑－铂热电偶、工作用铂铑－铂热电偶、标准镍铬－镍硅热电偶、工作用镍铬－镍硅热电偶、标准铜－康铜热电偶、工作用铜－康铜热电偶、工作用廉金属热电偶、标准温度灯、光学高温计、红外测温仪、电子自动平衡电桥、配热电阻（热电偶）动圈仪表、数字温度表、数字温控表、烙铁温度计、动圈式比例积分微分仪表、测温仪表检定仪、高温干井炉、温度校验仪、自动测温仪、温度巡检仪、温度变送器、自动平衡记录仪。湿度毛发温湿度表、毛发温湿度计、数字温湿度表、数字温湿度计、温湿表、干湿表、通风干湿表、电容式数字露点仪、温湿度控制器、温湿度变送器、温湿度记录仪、湿度传感器。可现场检测的温度项目：制冷恒温槽、标准水槽、标准油槽、热管炉、水浴箱、恒温水槽、恒温恒湿箱、恒温恒湿实验室、湿度检定箱、老化试验室、冷库、高低温冷热冲击试验箱、干燥箱、电热恒温培养箱、盐雾试验箱、低温试验箱、生化培养箱、高压蒸汽灭菌炉、水泥养护箱、水泥养护室、沸煮箱、高温电阻炉、灼热丝试验仪、垂直燃烧试验仪、热变形维卡仪、阻燃性能测试仪、表面抗湿性测试仪、透湿量测试仪、水份分析仪（温度部分）、冰箱焓差试验室、空调焓差试验室、黑体炉。压力一等活塞式压力（真空）计、一等双活塞式压力（真空）计、二等活塞式压力（真空）计、三等活塞式压力（真空）计）、二等标准补偿式微压计、倾斜式微压计、微差压表膜盒压力表、微压（计）表、活塞压力计专业砝码、0.02级～4级各种数字压力计、U型压力计、数字压力控制器、标准血压计、血压计标准器、精密血压表、血压计（表）、数字血压计、各种精密压力表（真空表）、压力表（真空表）、电讯号压力表、氧气表、乙炔表、二氧化碳表、压力（真空）校验仪、压力（真空）变送器、绝对压力变送器、压力传感器、压力安全阀、减压阀、大气压表（计）。真空电离真空计、磁悬浮真空计、磁放电真空计、压缩式真空计、热偶真空计、电阻真空计、复合真空计、电容薄膜真空计、真空传感器、真空继电器、真空系统测试。电学方面:指针式电流表、电压表、功率表，数字式功率表，电能质量功率分析仪，标准功率源，频率表，相位表，泄漏电流测量仪，钳形电表，电子负载，三表校验仪，钳形电表校验仪，电测仪表多功能检测装置，变频电源，变压器测试系统，电子镇流器测试系统，RTU检定装置，RCD测试仪，磁电机，继电保护测试仪，漏电保护测试仪，电池测试系统，变送器，家用电器生产检测线等电参数测量设备、数字多用表、多功能标准源、酸度计检定仪等。有机会作进一步的交流,我是做仪器计量校准这块的,我的QQ1563513569

---