大学物理实验总结- 3页

大学物理实验总结---关于牛顿环误差的思考和解决方法在光学上，牛顿环是一个薄膜干涉现象。光的一种干涉图样，是一些明暗相间的同心圆环。例如用一个曲率半径很大的凸透镜的凸面和一平面玻璃接触，在日光下或用白光照射时，可以看到接触点为一暗点，其周围为一些明暗相间的彩色圆环；而用单色光照射时，则表现为一些明暗相间的单色圆圈。这些圆圈的距离不等，随离中心点的距离的增加而逐渐变窄。它们是由球面上和平面上反射的光线相互干涉而形成的干涉条纹。在牛顿环的示意图上，B为底下的平面玻璃，A为平凸透镜，其与平面玻璃的接触点为O，在O点的四周则是平面玻璃与凸透镜所夹的空气气隙。当平行单色光垂直入射于凸透镜的平表面时。在空气气隙的上下两表面所引起的反射光线形成相干光。光线在气隙上下表面反射（一是在光疏媒质面上反射，一是在光密媒质面上反射）。1把观察到的干涉产生的暗环的半径当成是光线进入透镜反射点的半径。分析光路图知道，它们是不相等的。这一因素影响不大，在分析误差时常常忽略而忘记考虑。2在实验操作中，由于中心不可能达到点接触，在重力和螺钉压力下，透镜会变形，中心会形成暗斑，造成测量结果偏差。因为中心暗斑大小反映了透镜形变的大小，透镜受到螺钉的压力和重力，不仅是中心处发生形变，整个曲面都要形变。越靠外的地方形变越大，则Δh变小，因此关系式中分母上的（m-n）与没有形变时已经不同了，而是变小了，可以推知，测量结果偏大了。实验书上的公式暗含着这样的近似：认为只有中心处变平，而未考虑透镜曲面上其它地方的形变。事实上，当透镜发生形变后，就不再是球面了，也不严格满足关系式：Δr^2=2RΔh了。也就是说，相同的半径R处对应的空气层厚度h减小，且越靠外减小得越甚，Δh变小，m-n变小，测量结果偏大。这个因素是影响最大的一个因素，中心暗斑越大，测量结果越不准确，越偏大。3用牛顿环测量曲率半径通过读数显微镜读数观察的，由于长时间观测，容易引起视觉疲劳。不仅对眼睛有损伤，而且极易引起偶然误差。测量花费的时间也较多。对此我们可以重新改进试验仪器牛顿环\n平面镜平凸透镜螺旋筒上图的经改进的牛顿环可以抵消掉重力作用，细心调整，可以很接近点接触点，仪器筒状，不易进灰尘，用这个仪器基本可以解决前两个问题，对于第三个问题我们可以使用Mach-Zehuden干涉仪。它主要由激光发射器、空气采集薄片、三个全反射镜、一个半反射镜、一个成像透镜、图象采集卡和CCD组成。现在我们可把Mach-Zehuden干涉仪中的空气采集薄片改装成牛顿环。组成一个新的干涉仪。下图为Mach-Zehuden干涉仪的测量原理图做实验时将上图中的牛顿环换位我们改进型的。它是通过HE-NE激光器发光，照射到1半反射镜上分光。2、3、4为全反射镜。1半反射镜分的光一部分照射到3，经3半反射镜反射到4，一部分光透过牛顿环照射到2半反射镜上，经2半反射镜反射到4上。两部分光在4处会合，发生干涉，干涉光经过成像透镜，在CCD上成像，获得样图。然后将样图在相应软件上分析，即可得到相应结果。Mach-Zehuden干涉仪测量透镜曲率半径，是直接通过光电转换，将所获得的样图在计算机上处理，就可以得到结果。花费时间相对较少。虽然ach-Zehuden干涉仪测量透镜曲率半径获得的图样值并非真实的。它是通过一定转化得来的，但也可以经过相关处理还原成真实值。通过原始利用读数显微镜测量牛顿环透镜曲率半径方法与利用Mach-Zehuden干涉仪测量透镜曲率半径方法的比较。可以得出Mach-Zehuden干涉仪测量透镜曲率半径所\n得结果更准确，操作更快。利用传统读数显微镜直接观测读数不失为一种经典方法。可以说它是进行实验改进的基础。随着技术的发展，越来越多的传统实验可以通过计算机进行处理了，从上述比较来看，计算机处理的结果较传统测量的结果准确，误差小。操作也较为简便。以上可以看出我们学校的仪器已近越来越不能适应时代的要求，希望学校能能够改进仪器设备。