大学物理实验-牛顿环 3页

平凸透镜曲率半径的测量总分（）评卷人（）大学物理实验考试试卷姓名：院队别：实验组别：学号：完成日期：时间：120分钟总分：100分题目：平凸透镜曲率半径的测量仪器：读数显微镜、纳光灯（=589.3nm）、牛顿环。要求：测量平凸透镜的曲率半径R，用逐差法进行数据处理（注意需消除视差和避免空程差）。得分（）一、[实验原理]（15分）一个曲率半径较大的平凸透镜置于一光学平面玻璃上时，在透镜和平板玻璃之间形成等厚干涉。是用分振幅法来获得相干光，其光路如图1所示。干涉图样是以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环——牛顿环，如图2所示。θRx2x2́ABxDnOrkd1x1́kDCmD图2图2图1rkkR（k0,1,2,）由于中心为一暗斑，采用逐差法处理数据，求出m组22DkmDm平均值，即可计算出R。D2D2kmkR（8）4m其中：k，m分别是第k级暗环和第m级暗环，DK，D分别是第k级和第m级暗环Km的直径，589.3nm是钠光灯的波长。得分（）二、[实验仪器]（2分）牛顿环仪（NTK），读数显微镜（JCD3，0.01mm），钠光灯（GP20-Na-Ⅱ型）。得分（）三、[实验步骤]（33分）第1页共3页\n平凸透镜曲率半径的测量1.仪器调节（1）打开电源，预热钠光灯。调节反光镜背向钠光灯。（2）调节牛顿环架上的三个螺丝,使干涉环居中；调节可调式半反镜约为45°倾角，选择钠光灯最亮的部分正对45°倾角的半反镜，使平行光垂直射到牛顿环玻璃表面。（3）将调节好的牛顿环仪摆正放置载物台上，使显微镜镜筒居中；移动整个显微镜，使视场最亮。（4）调节目镜，使十字叉丝最清晰。（5）调节物镜。使显微镜镜筒下降到接近牛顿环仪然后缓慢上升，直到观察到干涉条纹。如果亮度不够，再微调45°倾角的半反镜角度和显微镜，使条纹清晰、明亮。（6）消除视差：微调物镜的焦距，直到两眼前后左右移动，叉丝和干涉条纹之间无相对移动。仔细观察干涉条纹的特点，并做好记录。（7）转动目镜筒和牛顿环仪，使显微镜十字叉丝交点和牛顿环中心重合，并使水平方向的叉丝和标尺平行（与显微镜移动方向平行）。2.测量转动读数鼓轮，向右侧移动镜筒到十字叉丝第34环，然后反向转动读数鼓轮，使十字叉丝向左移动到第30环（暗环）中间位置，记下此时十字叉丝的位置读数，使十字叉丝继续向左移动，依次记下29环，28环，……21环右侧的位置读数；继续向左移动十字叉丝并越过中心，十字叉丝依次到21环，22环，……30环（暗环）中心位置，并分别记下21—30环左侧的位置读数。得分（）四、[数据处理和现象记录]（20分）1.现象及干涉图像特点：调节目镜，十字叉丝逐渐清晰；调节物镜，形成随着厚度的不同，以接触点为中心的一系列明暗相间的同心圆环——牛顿环，干涉图样内疏外密，中心为暗斑且级次最低。两眼前后左右移动，叉丝和干涉条纹之间有相对移动，再对物镜微调焦距，最后两者没有相对移动。2.数据处理2222级数xm+k右xm+k左Dm+kDm+k级数xk右Xk左DkDkDm+k-DKR222k+m/mm/mm/mm/mmk/mm/mm/mm/mm/mm/m2633.26625.7817.48556.0252252132.92226.1456.77745.92772910.0974960.89782733.33925.7217.61858.0339242232.97226.0686.90447.66521610.3687080.90792833.40125.6567.74559.9850252333.04925.9967.05349.74480910.2402160.86702933.46825.5767.89262.2836642433.11525.9337.18251.58112410.702540.87963033.53625.5228.01464.2241962533.18425.8607.32453.64097610.583220.8565平均值R0.8651mm865.1m3.牛顿环半径的计算各环直径及其相应参数计算如上表所示。利用逐差法处理数据，求R。法一：222DD10.58322mm3025R0.8565m14520589.3nm第1页共3页\n平凸透镜曲率半径的测量222DD10.70254mm2924R0.8796m24520589.3nm222DD10.240216mm2823R0.8670m34520589.3nm222DD10.368708mm2722R0.9079m44520589.3nm222DD10.097496mm2621R0.8978m54520589.3nmRRRRR12345R0.8651mm865.1m5法二：22DDkmkR4m2(10.097496+10.368708+10.240216+10.70254+10.58322)mm=545589.3nm0.8651mm865.1m得分（）五、[误差分析]（5分）1.面光源（钠光灯）干涉，波长（λ=589.3nm）与实际值有偏差，带来误差。2.十字叉丝交点和牛顿环中心不完全重合，或水平方向的叉丝和标尺不平行，测量而是略小于直径的弦长，引起误差。3.在测量过程中,读数鼓轮稍微拧过，或者由于眼睛的分辨能力和疲劳，对准程度质量下降，叉丝交点的位置不能保证每次控制在每暗环的中心位置，产生读数误差。这是主要误差来源。4.牛顿环本身由于三个螺丝松紧不一致或者测距显微镜的台面不水平,则叉丝沿干涉环所走的路线就不是一条直线，向上或向下弯曲，引起误差。5.牛顿环的三个螺丝松紧不一致，使干涉图样不对称，引起误差。调到中心干涉斑为最小且又不至于松动为好,从而使透镜形变减至最小,进而将测量结果误差减至最小.6.视差没有完全消除，读数时产生视差。7.实验中产生了震动等。得分（）六、[原始数据]（10分）环数30292827262524232221读数xi左/mm25.52225.57625.65625.72125.78125.86025.93325.99626.06826.145xi右/mm33.53633.46833.40133.33933.26633.18433.11533.04932.97232.922Di/mm8.0147.8927.7457.6187.4857.3247.1827.0536.9046.777实验操作（10分）报告整洁（5分）第2页共3页