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  • 用牛顿环测量透镜的曲率半径实验二十一

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    文档作者:马成长
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    实验二十一 牛顿环实验
    docsou.coment 21 Newton ring docsou.coment
    第四章 提高性实验
    Chapter 4 docsou.comysics docsou.coment
    现象
    实验装置
    实验原理
    理论原理
    分析光程差,取 n=1, (考虑半波损失)
    目标: 消去e 计算环的半径 r (why )
    实验公式
    在空气厚度为e的地方,上下表面反射的光的光程差为2e+λ/2,其中后一项是"半波损失".
    光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹,得到曲率半径计算公式:
    牛顿环干涉条纹的特点
    1.分振幅,等厚干涉;
    2.明暗相间的同心圆环;
    3.级次中心低,边缘高;
    4.间隔中心疏,边缘密;
    5.同级干涉,波长越短,条纹越靠近中心.
    仪器布置
    动画演示
    读数显微镜的空程误差
    空程误差属系统误差,由螺母与螺杆间的间隙造成;
    在齿合前,轻轻转动螺尺手柄,螺尺读数变化,而游标并没有移动.
    消除方法:测量时只往同一方向转动螺尺.
    螺杆
    螺尺
    观测牛顿环
    光源对准目镜筒上的45°平板玻璃,调节平板玻璃方向,使光垂直照在平凸透镜装置上.此时通过目镜可以看到明亮的黄色背景.
    调节目镜清晰地看到十字叉丝,然后由下向上移动显微镜镜筒(为防止压坏被测物体和物镜,不得由上向下移动!),看清牛顿干涉环.
    测量牛顿环直径
    横向改变显微镜筒位置,使叉丝由左第20圈外向第20圈移动直至叉丝交点与之重合,读出第20环的读数,继续朝同一方向移动叉丝顺序读数至左第11环;仍按原方向移动叉丝(为防止产生空程差),越过中央暗环,按同样方法读取右第11,…,至右第20环.计算出第20,第19,……,第11环直径.
    用逐差法处理数据,公式中(m-n)为5.
    数据记录表格
    D (mm)
    右(mm)
    左(mm)
    20
    19
    ……
    13
    12
    11
    第 I 环
    单位:mm
    不确定度评定
    先分别计算u(D15) 和u(D5),其中B类不确定度均可取 .
    由传递关系计算R的不确定度.
    不确定度有效数字取1位.
    注意事项
    注意:为保护仪器,不要将牛顿环调节螺丝旋得过紧.
    注意:实验中钠光灯打开后,不要随意关闭,经常开,关将影响灯的寿命.
    实验数据的处理方法
    (请自己决定选择哪种方法)
    逐差法
    加权平均逐差法
    最小二乘法
    作图法
    误差的主要来源与分析
    1.条纹的定位精度(偶然误差)
    定位误差的大小在条纹宽度的1/5~1/10.
    解决办法:取级次较高的环进行测量.
    2.叉丝不平的影响(系统误差)
    显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差.
    解决办法:改直径测量为弦长测量.
    3.平凸透镜的不稳定性(偶然误差/系统误差)
    由固定螺丝的松紧度不同造成.
    解决办法:镜间加很薄的环形垫圈进行固定.
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