利用光的干涉测量平凸透镜的曲率半

大学物理实验教案

实验项

目

利用光的干涉测量平凸透镜的曲率半径

实验性

质验证

实验学

时

3

实验目的、教学要求实验目的：观察劈尖干涉和牛顿环干涉的现象，加深对光的波动性的感性认识

学习用劈尖干涉原理测量细丝的直径

学习用牛顿环干涉原理测量球面的曲率半径

掌握读数显微镜的调节与使用方法

教学要求：加深对光的干涉知识的理解

能熟练掌握读数显微镜的调整与使用方法

学会利用牛顿环等厚干涉原理测量球面（透镜）的曲率半径

实验仪

器

读数显微镜钠光灯牛顿环

教学过程的设计

一、复习关于光的干涉的知识

光的干涉现象及产生光的干涉的条件：两束满足“振动方向相同、频率相同、位相差恒定”条件的光波（相干光）在空间相遇，就会形成明暗相间的干涉图样，这就是光的干涉现象。

产生相干光的方法：分波阵面法和分振幅法（劈尖干涉、牛顿环干涉属于分振幅法）

光的干涉两种情况：等厚干涉和等倾干涉（重点是等厚干涉，因为劈尖和牛顿环都是等厚干涉）

等厚干涉条纹形状：与薄膜厚度相等点连接的轨迹形状相同（劈尖条纹平行劈棱，牛顿环条纹为同心圆环）

二、简述利用等厚干涉进行测量的原理

1.利用劈尖等厚干涉测量玻璃丝直径的原理（参照劈尖干涉原理图讲解）

①劈尖干涉条纹形成的条件（产生明条纹和暗条纹的条件）

②相邻两条纹（明纹或暗纹）间空气膜厚度之差为λ/2

③相邻间隔为Δk的两条暗纹（实验中用暗纹）间空气膜厚度之差为

Δd =Δkλ/2，这两条暗纹间的水平距离为x，由几何关系可求出

劈尖夹角tanα=Δd/x

2. 利用牛顿环等厚干涉测量球面（透镜）曲率半径的原理

①牛顿环干涉条纹形成的条件（产生明条纹和暗条纹的条件）

②利用暗纹条件可得到

说明：由于牛顿环中心不是理想的点接触，所以牛顿环干涉条纹的中心是一个暗斑，从而使圆心点及条纹级数无法确定，因此实验中可任取两个级次的干

涉环（m 和n）测量

③曲率半径公式：

三、介绍读数显微镜

读数显微镜的结构、调整方法、使用方法、读数方法、空程问题

四、明确实验内容和测量要求

用牛顿环干涉测量透镜曲率半径（明确被测量、测量方法、测量次数）

五、说明课后处理实验数据的要求（含思考题）

六、强调实验注意事项

教学重点和难点教学重点：利用劈尖干涉测量玻璃丝直径的原理

利用牛顿环干涉测量透镜曲率半径的原理

读数显微镜的调整和使用方法

教学难点：光路的调整（找到清晰的干涉条纹），正确辨别条纹和测量条纹的位置。

正确使用读数显微镜

实验指导、注意事项实验指导：教师课上随时注意观察学生仪器操作和测量的情况，发现问题及时纠正；

解答学生提出的问题。

注意事项：①光学元件应轻拿轻放，不要用手直接触摸光学表面。

②显微镜工作台纵向和横向移动范围有限，应缓慢移动，

一旦触及到移动范围的端点不可再继续用力，以免造成

工作台被卡住。

③劈尖装置和牛顿环装置在工作台上的位置要与显微镜

的量程配合好，否则可能会使玻璃丝到劈尖的距离L或

牛顿环所测量的干涉条纹超出量程范围而无法继续测

量。

④使用显微镜时应单向移动工作台测量每一组数据（这样

可以消除因空程对测量带来的影响）。

课后思考题1. 在牛顿环实验中，用反射光与透射光形成的干涉条纹有什么不同？

2. 用牛顿环测量球面曲率半径R时，如果测量轨迹没有通过干涉圆

的圆心，对曲率半径的测量结果是否有影响？是否仍可使用公式？

参考文献1.史庆番，王荣瑶.兵器工业出版社，2008

2.朱伯申.21世纪大学物理实验（上）.北京理工大学出版社.2003

3.吕斯骅，段家忯.基础物理实验.北京大学出版社.2002

备注