白癜风黑色素 https://m-mip.39.net/nk/mip_4634160.html牛顿环是一种典型的用分振幅方法实现的等厚干涉现象．它是牛顿在17世纪研究肥皂泡及其他薄膜的光学现象时，把一个玻璃三棱镜压在一个曲率半径已知的凸透镜时发现的，随后进行了仔细的研究和测量．牛顿发现：用一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点周围出现明暗相间的彩色同心圆圈；用单色光照射时，则出现明暗相间的单色同心圆圈，而且通过测量同心圆的半径就可求出凸透镜和平面玻璃之间对应位置的空气层厚度．但由于牛顿主张“光的微粒说”以至于他对此现象未能作出正确解释．直到十九世纪初，托马斯·杨用光的干涉原理才正确解释了牛顿环现象，并第一个近似地测出了七种色光的波长．牛顿环实验为19世纪初确立“光的波动学说”提供了重要依据．牛顿环可用于判断透镜表面的凸凹、检验光学器件的表面质量、测量透镜的曲率半径、光的波长和液体的折射率．
1普通光源获取相干光的方法及半波损失．
2牛顿环的形成机理及其干涉条纹的特点．
3读数显微镜的正确使用．
4逐差法处理数据．
1观察牛顿环干涉条纹，加深对等厚干涉现象的认识．
2测量平凸玻璃透镜的曲率半径．
3掌握用逐差法处理数据的方法．
如图1所示，牛顿环装置是由一块曲率半径为R的平凸玻璃透镜L和平面玻璃P叠放而成，在两者之间会形成一厚度不同且很薄的空气层．若以波长为的单色平行光垂直照射到牛顿环装置上时，由空气层上、下两表面反射的光在空气表面层附近形成干涉．牛顿环以接触点O为圆心的一系列同心圆处的空气层厚度相同，而厚度相同的空间点对应同一级的干涉条纹，因此从透镜上方观察到的干涉图样是以接触点O为圆心的一系列明暗相间的圆环，如图2所示．
下面分析干涉条纹半径r、光波波长和平凸透镜曲率半径R之间的关系．由于空气的折射率小于玻璃的折射率，因此当一束单色平行光垂直照射牛顿环装置时，在厚度为d处，由空气层上、下表面反射的两束光之间的光程差为
式中为光在平面玻璃的上表面反射时因半波损失而产生的附加光程差．
根据图1中的几何关系
由于R远大于d，所以式(2)可简化为
由光的干涉条件可知
联合式(3)和(4)可得，明环和暗环的半径为
由式(5)可知，若单色光的波长已知，则可通过测量第k级暗环(或亮环)的半径rk求出透镜的曲率半径R．实验中通常选择测量暗环的半径．但在测量过程中，由于平凸透镜和平面玻璃之间的接触压力会引起局部形变，使得干涉环的中心不再是一个暗点而是暗斑，测量时难以准确确定干涉环的中心，从而影响半径的准确测量，因而实验中通常测量彼此相隔一定环数的暗环直径D．因此，由式(5)中的暗环公式可得
式中m，n为干涉条纹的暗环序数．式(6)表明，平凸透镜的曲率半径R仅与任意两环的直径的平方差和相应的环数差有关，而与干涉级次无关．
读数显微镜，牛顿环装置，低压钠光灯．
1调节牛顿环装置
借助室内灯光直接观察牛顿环装置，并轻轻调节牛顿环装置上的三个螺丝H(如图3所示)，使牛顿环面上的中心部位出现清晰细小的同心圆环．
2调节读数显微镜并观察干涉图样
①开启钠光灯S的电源使灯管预热．
②将牛顿环装置放在读数显微镜镜筒下方的载物台上，并将读数显微镜的反射镜置于背光位置．
③待钠光灯正常发光后，调节钠光灯和读数显微镜的相对位置，使出光口正对半透半反镜G（图4所示）．微调半透半反镜G，使目镜中可观察到明亮的*光视场（若使用扩展钠光灯，则无需透镜L’产生平行光）．
④调节读数显微镜的目镜，使目镜中可观察到清晰的十字叉丝的像(有关读数显微镜的使用见……．)．
⑤转动物镜调焦手轮，使读数显微镜的镜筒M靠近牛顿环装置的上表面但不接触，然后自下而上缓慢的移动镜筒，直至观察到清晰的牛顿环，并使其与目镜中十字叉丝的像无视差，即眼睛左右移动时，十字叉丝与牛顿环间无相对位移．
3测量暗环直径
①移动牛顿环装置或调节读数显微镜镜筒的位置，使牛顿环的暗斑中心与十字叉丝像的交点尽可能对准．转动目镜，使十字叉丝像中的横刻线与镜筒的移动方向平行．
②转动测微鼓轮，观察整个牛顿环干涉图样的范围和清晰度，确定干涉条纹的测量区间．
③选择合适的暗环序数差．转动测微鼓轮，使十字叉丝线从中央缓慢向左（或向右）移动，直至第32暗环，然后反方向转动测微鼓轮，使十字叉丝依次对准第30到第16环，并记录各环对应的位置读数x30，……，x26和x20，……，x16．继续沿原方向转动测微鼓轮，经过暗斑中心后依次测出暗环另一侧对应的位置读数，x16，……，x20和x26，……，x30．
①利用测量的数据计算各暗环的直径D和，如表1所示．
②用逐差法求平凸透镜的曲率半径．
求出
根据式（3-6）求出平凸透镜的曲率半径和不确定度．（钠光的平均波长为.3nm）
1牛顿环装置上的螺丝不能拧得过紧，以防镜片变形和压坏镜片．
2调节读数显微镜焦距时，正确的方法是使物镜镜筒自下往上调节，以免损坏物镜和牛顿环装置．
3测量过程中不能移动牛顿环装置，而且测微鼓轮只能沿同一方向转动，以免出现空程误差．
