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等厚干涉實驗報告

'等厚干涉實驗報告'
?.. . . ..南昌大學物理實驗報告課程名稱: 大學物理實驗(下)_____________實驗名稱: 等厚干涉____________ 學院: 信息工程學院 專業班級: 學生姓名: 學號: _ 實驗地點: 基礎實驗大樓B313 座位號: ___ 實驗時間: 第6周星期三下午三點四十五分_______ 一、 實驗目的:1. 觀察牛頓環和劈尖的干涉現象。2. 了解形成等厚干涉的條件及特點。3. 用干涉法測量透鏡的曲率半徑以及測量物體的微小直徑或厚度。二、實驗原理:1.等厚干涉光的等厚干渉,是利用透明薄膜的上下兩表面對入射光依次反射,反射光相遇時發生的物理現象,干涉條件取決于光程差,光程差又取決于產生反射光的薄膜厚度,同一干涉條紋所對應的薄膜厚度相等,所以叫做等厚干渉。當光源照到一塊由透明介質做的薄膜上時,光在薄膜的上表面被分割成反射和折射兩束光(分振幅),折射光在薄膜的下表面反射后,又經上表面折射,最后回到原來的媒質中,在這里與反射光交迭,發生相干。只要光源發出的光束足夠寬,相干光束的交迭區可以從薄膜表面一直延伸到無窮遠。薄膜厚度相同處產生同一級的干涉條紋,厚度不同處產生不同級的干涉條紋。這種干涉稱為等厚干涉。如圖1圖12. 牛頓環測定透鏡的曲率半徑當一個曲率半徑很大的平凸透鏡的凸面放在一片平玻璃上時,兩者之間就形成類似劈尖的劈形空氣薄層,當平行光垂直地射向平凸透鏡時,由于透鏡下表面所反射的光和平玻璃片上表面所反射的光互相干涉,結果形成干涉條紋。如果光束是單色光,我們將觀察到明暗相間的同心環形條紋;如是白色光,將觀察到彩色條紋。這種同心的環形干涉條紋稱為牛頓環。圖3本實驗用牛頓環來測定透鏡的曲率半徑。如圖2。設在干涉條紋半徑r處空氣厚度為e,那么,在空氣層下表面B處所反射的光線比在A處所反射的光線多經過一段距離2e。此外,由于兩者反射情況不同:B處是從光疏媒質(空氣)射向光密媒質(玻璃)時在界面上的反射,A處則從光密媒質射向光疏媒質時被反射,因B處產生半波損失,所以光程差還要增加半個波長,即:δ=2e+λ/2 (1)根據干涉條件,當光程差為波長整數倍時互相加強,為半波長奇數倍時互相抵消,因此:從上圖中可知:r2=R2-(R-e)2=2Re-e2因R遠大于e,故e2遠小于2Re,e2可忽略不計,于是:e=r2/2R (3)上式說明e與r的平方成正比,所以離開中心愈遠,光程差增加愈快,所看到的圓環也變得愈來愈密。把上面(3)式代入(2)式可求得明環和暗環的半徑:如果已知入射光的波長λ,測出第k級暗環的半徑r,由上式即可求出透鏡的曲率半徑R。但在實際測量中,牛頓環中心不是一個理想的暗點,而是一個不太清晰的暗斑,無法確切定出k值,又由于鏡面上有可能存在微小灰塵,這些都給測量帶來較大的系統誤差。我們可以通過取兩個半徑的平方差值來消除上述兩種原因造成的誤差。假設附加厚度為a,則光程差為:δ=2(e+a)+λ/2=(2k+1)-省略部分-di2/cm2dm2-dn2/cm2R/cm303.00862.20770.80090.641440.0885075.0890252.98092.23730.74360.55294293.00412.21200.79210.627420.0948180.4429242.97422.24440.72980.53261282.99922.21760.78160.610900.0985383.5992232.96682.25100.71580.51237272.99282.22410.76870.590900.1002085.0161222.95882.25830.70050.49070262.99732.23060.76670.587830.11847100.5176212.95092.26580.68510.46936平均值0.1001084.9330其中:,計算殘差vi=Ri-`R,得到:v1v2v3v4v5-9.844cm-4.490cm-1.333cm0.083cm15.585cm計算不確定度為:△R=V12+V22+V32+V42+V525-1≈9.510cmR=`R+_△R=84.933±9.510cmE=△RR×100%≈11.20%劈尖:次數1起點1終點2起點2終點3起點3終點Xi/cm1.89802.00681.89802.13261.89802.2548L/cm0.10880.23460.3568根據逐差法計算得出,?L1/cm?L2/cm?L3/cm?L /cm0.10880.12580.12220.1189?l=?L10=0.01189cmd=?L?l×λ2≈2.95×10-4cm注意事項 :1.為了避免轉動部件的螺紋間隙產生的空程誤差,在測量過程中,只能朝一方移動讀數顯微鏡,不可倒退。2.為了防止眼睛疲勞,連續觀察條紋讀數據時中間要休息幾次。六、誤差分析:(1)測量儀器顯微鏡,游標卡尺本身存在的誤差。(2)測量劈尖尖端到薄片距離時的測量誤差。(3)觀察條紋時由于疲勞或觀察出現偏差而導致的測量誤差。(4)讀顯微鏡主副尺和游標卡尺的讀數誤差。七、思考題:1.牛頓環的中心在什么情況下是暗的?什么情況下是亮的?如果是空氣膜的話,由于半波損失,中心是暗點,如果中心是介質膜,且介質的折射率小于牛頓環的話,由于兩次半波損失,中心為亮的。2.實驗中遇到下列情況,對實驗結果是否有影響?為什么?(1)牛頓環中心是亮斑不是暗斑不會影響實驗,中心是亮還是暗由環下的那層介質決定。(2)測各個直徑時,十字刻線交點未通過圓環中心,因而測量的是弦而不是真正的直徑會影響,弦偏小,計算時需要直徑,會導致誤差。3.怎樣用牛頓環測量未知光波波長? 只要測出透鏡表面的曲率半徑,測出每一級條紋的半徑r,根據牛頓環的公式 r=(kRλ)^(1/2),就能推算出λ。八 附上原始數據;. 專業word可編輯 .
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