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牛頓環實驗

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牛頓環儀是由一塊曲率半徑較大的平凸透鏡，和一塊光學平面玻璃片所組成的器件。在平凸透鏡的凸面與玻璃片之間，有一空氣薄層其厚度由中心接觸點到邊緣逐漸增大。若以平行單色光S垂直照射，則經空氣層上下表面反射的兩束光線有一光程差，在平凸透鏡凸面相遇後，將發生干涉。用讀數顯微鏡觀察，便可以清楚的看到中心為一小暗斑，周圍是明暗相間寬度逐漸減小的許多同心圓環。此即等厚干涉條紋。這種等厚環形干涉條紋稱為牛頓環。 [1] 
中文名
牛頓環實驗
外文名
Newton's Rings
提    出
牛頓
目    的
瞭解牛頓環原理
領    域
物理

目錄

  1. 1 重點學習內容
  2. 2 實驗內容要求
  3. 3 實驗儀器
  4. 4 預習思考
  5. 5 實驗注意事項

牛頓環實驗重點學習內容

通過這個實驗可以重點學習如下內容：（1）牛頓環的形成原理。（2）利用牛頓環是如何實現測定凸透鏡曲率半徑的。（3）本實驗降低系統誤差的方法。

牛頓環實驗實驗內容要求

1、 接通鈉光源，預熱5分鐘後，使讀數顯微鏡物鏡對準牛頓環的中央部分。
2、 調節讀數顯微鏡，看到清楚的明暗條紋，且條紋與叉絲無視差。
3、 將牛頓環調整在量程範圍內，然後用右手反轉副齒輪，將十字叉絲移到右35暗環時再用右手正轉，使叉絲開始向左推進，直到縱絲壓到第30暗環環紋中央，記下顯微鏡讀數即該暗環標度X30,再緩慢轉動副齒輪，使縱絲依次對準第25、20、15、10等暗環環紋中央，記下每次暗環的標度X25, X20, X15, X10。
4、 繼續轉動副齒輪，使縱絲經過牛頓環中心暗斑到另一方，對準第10～30環，依次記下相應的標度X10，X15， X20，X25，X30。
5、 算出相應的暗環直徑，再計算R20-10, R25-15, R30-20,最後算出R即可。

牛頓環實驗實驗儀器

實驗所用器材
1、 牛頓環儀：由平面凸透鏡與玻璃片構成，在平行單色光垂直照射下產生牛頓環。
2、 鈉光燈：產生黃色單色光。
3、 讀數顯微鏡：用於測量牛頓環大小。
預習要求
1、 理解牛頓環產生的基本原理，鞏固干涉概念。
2、 理解利用牛頓環測定凸透鏡的曲率半徑的基本原理。
3、 掌握降低系統誤差提高曲率半徑測量精度的方法。
4、 熟悉實驗儀器裝置。、
5、 列出測量數據紀錄表。
常見問題與解答
1、 為什麼實驗中有的學生算出的R20-10 、R25-15、R30-20 會有很大的差異。
(1) 在數暗環時計數錯誤或計算中帶錯數據都可導致此結果。
（2）在轉動讀數顯微鏡副尺時，有正轉、反轉交叉轉動的現象。
（3）目鏡中的縱絲沒有壓到暗環的中央，而是與暗環內切或外切。
2、 為什麼實驗中有的學生測出的R持續偏小。
(1)讀數顯微鏡中看到的明暗相間的條紋不清晰。
(2)把中心的暗斑數做第一環。

牛頓環實驗預習思考

1、 牛頓環是干涉條紋還是衍射條紋，為什麼。
2、 測定牛頓環儀凸透鏡的曲率半徑中的光學原理是什麼。
3、 牛頓環中的中心暗斑是怎麼回事。如果凸透鏡與玻璃片都是剛體，其結果會是怎樣。

牛頓環實驗實驗注意事項

1、 聚焦時，G的位置距物鏡約為1釐米處，不要盲目操作，以免壓斷反光玻璃片。
2、 測量時不能振動，讀數顯微鏡不可搖晃，且勿數錯數。
3、 不可用手撫摸牛頓環儀光學表面，若不清潔，要用專門的揩鏡紙擦拭。
4、 牛頓環儀上三支螺絲不要擰得過緊，以免發生形變，嚴重時會損壞牛頓環儀。
參考資料
  • 1.    劉才明，許毓敏．對牛頓環干涉實驗中若干問題的研究：實驗室研究與探索，2003