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  • 16-1图16-2实验八干涉法测微小量【实验目的】1.理解牛顿环和尖劈干涉条纹的成因与等厚干涉的含义。2.学习用等厚干涉法测量曲率半径和薄膜厚度。3.学会使用读数显微镜。【实验仪器】牛顿环仪、劈尖、读数显微镜、钠光...

    16-1

    16-2

    实验八

    干涉法测微小量

    实验目的

    1.

    理解牛顿环和尖劈干涉条纹的成因与等厚干涉的含义。

    2.

    学习用等厚干涉法测量曲率半径和薄膜厚度。

    3.

    学会使用读数显微镜。

    实验仪器

    牛顿环仪、劈尖、读数显微镜、钠光灯。

    仪器介绍

    1

    、目镜接筒

    2

    、目镜

    3

    、锁紧螺钉

    4

    、调焦手轮

    5

    、标

    6

    测微鼓轮

    7

    锁紧手轮

    I

    8

    接头轴

    9

    方轴

    10

    锁紧手轮

    II 11

    、底座

    12

    、反光镜旋轮

    13

    、压片

    14

    半反镜组

    15

    、物镜组

    16

    、镜筒

    17

    、刻尺

    18

    、锁

    紧螺钉

    19

    、棱镜室

    读数显微镜是测微螺旋和带十字叉丝的显微镜的组

    合体,

    它是一种既可作长度测量又可作观察之用的光学仪

    器。本实验用来测量牛顿环的直径和劈尖厚度。如图

    16-1

    中包括读数显微镜的主要结构。目镜(

    2

    )可用锁紧螺钉

    (

    3

    )固定于任一位置,棱镜室(

    19

    )可在

    360

    º方向上旋

    转,物镜(

    15

    )用丝扣拧入镜筒内,镜筒(

    16

    )用调焦手

    轮(

    4

    )完成调焦。转动测微鼓轮(

    6

    )

    ,显微镜沿燕尾导轨作纵向移动,利用锁紧手

    I

    (

    7

    )

    ,将方轴(

    9

    )固定于接头轴十字孔中。接头轴(

    8

    )可在底座(

    11

    )中旋转、

    升降,用锁紧手轮

    II

    (

    10

    )紧固。根据使用要求不同方轴可插入接头轴另一个十字孔

    中,使镜筒处水平位置。压片(

    13

    )用来固定被测件。旋转反光镜旋轮(

    12

    )调节反

    光镜方位。为便于做等厚干涉实验,本仪器还配备了半反镜(

    14

    )附件。旋转测微鼓

    轮可以使显微镜筒横向水平移动,通过标尺和测微鼓轮的读数可以准确确定显微镜筒

    的水平横向位置。标尺读数准线和测微鼓轮组成一个螺旋测微装置,当测微鼓轮旋转

    一周时,标尺读数准线沿标尺移动

    1mm

    ,而测微鼓轮的圆周上刻有

    100

    个分度,故每

    分度便相当于

    0.01mm

    。如图

    16-2

    所示读书显微镜的读数应为

    29.723mm

    (注意要估

    读一位)

    1

    -标尺;

    2

    -标尺读数准线

    3

    -测微鼓轮;

    4

    -测微鼓轮读数准线。

    实验原理

    1

    牛顿环

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  • 干涉法测微小量(已批阅) 实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 实验题目干涉法测微小量实验目的学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面集合特征的方法,用劈尖的等厚干涉...

    干涉法测微小量(已批阅)

    实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 实验题目干涉法测微小量实验目的学习、掌握利用光的干涉原理检验光学元件表面集合特征的方法,用劈尖的等厚干涉测量细丝直径的方法,同时加深对光的波动性的认识。实验原理1、用牛顿环测平凸透镜的曲率半径当曲率很大的平凸透镜的凸面放在一平面玻璃上时,会产 生一组以 O 为中心的明暗相间的同心圆环,称为牛顿环。如图,1、2 两束光的光程差为 ,式中 为入射2光 的波长, 是空气层厚度,空气折射率 。如果第 m 个暗环处空气厚度为1nm,则有 .3,210,2m故得到 。利用几何关系有 ,并根据 ,得到 ,联系以上两式,22mRrRmrm2有 2换成直径,并考虑第 mn 个环和第 m 个环,有 , ,故nDnm42RDm42Rn42那么测量出 Dmn 和 Dm 就可以根据这个表达式得到 R。2、劈尖的等厚干涉测细丝直径两片叠在一起的玻璃片,在它们的一端夹一直径待测的细丝,于 是两玻璃片之间形成一空气劈尖。当用单色光垂直照射时,会产生干涉现象。因为程差相等的地方是平行于两玻璃片交线的直线,所以等厚干涉条纹是一组明暗相间、平行于交线的直线。设入射光波为 ,则得第 m 级暗纹处空气劈尖的厚度 。2md由此可知,m0 时,d0,即在两玻璃片交线处,为零级暗条纹。如果在细丝处呈现 mN 级条纹,则待测细丝直径 。2Nd3、利用干涉条纹检验光学表面面形实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 实验内容1 测平凸透镜的曲率半径(1) 观察牛顿环1) 将牛顿环仪按图 7.2.1-5 所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节木架的玻璃片的下方,木架上的透镜要正对着钠光灯窗口,调节玻璃片角度,使通过显微镜目镜观察时视场最亮。2) 调节目镜,看清目镜视场的十字叉丝后,使显微镜筒下降到接近玻璃片,然后缓慢上升,直到观察到干涉条纹,再微调玻璃片角度及显微镜,使条纹更清楚。(2) 测牛顿环直径1) 使显微镜的十字叉丝交点与牛顿环中心重合,并使水平方向的叉丝与标尺平行(与显微镜筒移动方向平行) 。2) 转动显微镜测微鼓轮,使显微镜筒沿一个方向移动,同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数,直到竖丝与第 35 环相切为止。3) 反向转动鼓轮,当竖丝与第 30 环相切时,记录读数显微镜上的位置读数 d30,然后继续转动鼓轮,使竖丝依次与第 25、20、15、10、5 环相切,顺次记下读数 d25,d 20,d 15,d 10,d 5。4) 继续转动鼓轮,越过干涉圆环中心,记下竖丝依次与另一边的 5、10、15、20、25、30 环相切时的读数 、 、 、 、 、 。5d10520d530重复测量两次,共测两组数据。(3) 用逐差法处理数据第 30 环的直径 ,同理,可求出 D25、D 20D5,式(7)中,取 n15,求出 ,3030D 2215mD代入式(7)计算 R 和 R 的标准差。2 测细丝直径(1) 观察干涉条纹将劈尖盒放在曾放置牛顿环的位置,同前法调节,观察到干涉条纹,使条纹最清晰。(2) 测量1) 调整显微镜及劈尖盒的位置,当转动测微鼓轮使镜筒移动时,十字叉丝的竖丝要保持与条纹平行。2) 在劈尖玻璃面的三个不同部分,测出 20 条暗纹的总长度 ,测三次求其平均值及单位长度的干l涉条纹数 。ln203) 测劈尖两玻璃片交线处到夹细线处的总长度 L,测三次,求平均值。4) 由公式,求细丝直径202lnNd实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 实验数据1、测平凸透镜曲率半径(表格中数据单位为 mm)环数 30 25 20 15 10 51d21.266 21.557 21.947 22.355 22.816 23.39429.459 29.131 28.759 28.364 27.888 27.2951D8.193 7.574 6.812 6.009 5.072 3.8992d21.259 21.554 21.937 22.338 22.800 23.40529.442 29.129 28.740 28.345 27.867 27.29128.183 7.575 6.803 6.007 5.067 3.8863d21.272 21.558 21.949 22.367 22.816 23.41029.460 29.141 28.761 28.370 27.887 27.2993D8.188 7.583 6.812 6.003 5.071 3.889表一原始数据和直接计算得到的数据(注此表格中 是通过计算(相减)得到的,由于计算简单直接,故写在表格中)123光波长 589.3nm2、测细丝直径光波长 589.3nm 劈尖长度 L39.043mm20 条暗纹长度(三次测量,mm)17.590-20.531 20.682-23.607 23.776-26.752数据处理1、测平凸透镜曲率半径以下均取 P0.95 mD18.3.81.9.830 实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 m0.1318818.93. 22230 展伸不确定度 CktUBppD 13.35.96105.43 2222030 m7.58.7.54.72 m05.1357.8. 22225 展伸不确定度 CktUBppD 13.3.9610.43 2222525 m89.61.80.61.20 m05.389.612.09 22220 展伸不确定度 CktUBppD 13.3.9615.043 2222020 m667.9.615 m03.130600 22215 展伸不确定度 CktUBppD 8.35.961.043 22221515 m7.50.67.0.1 m03.1307.51.0.52. 22210 展伸不确定度 CktUBppD 8.3.9613.043 22221010 实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 mD91.338.6.89.5 m07.1391.38.9.86.91.8. 2225 展伸不确定度 CktUBppD 18.35.96107.43 2222510 利用逐差法处理上述数据。根据前述公式 ,则不确定度的传递公式应该是nDRm222 44UnDmR那么 nDR 9.8753.589106.422215301 mnUDUR 26262125121 103.5894.103.4.4 6.6mm mmnD7.8963.5891077.42221052 mnUDUR 262621025012 103.58947.103.54.4 6.0mm mmnD8.603.5891.64222503 mnUUR 2626225123 103.589413.594.4 6.4mm对以上值取平均mR.78.07831321 同时UURR 6.34.06.1 222实 验 报 告 评分5少年班 系 06 级 学号 PB06000680 姓名 张力 日期 2007-6-4 R 不要分开求,先求总的 D12-D22 的平均值,求不确定度的时候也是,上式平方和的关系从何而来故最终结果表示成 95.0,6.387PmUR2、测细丝直径以下均取 P0.95三次测量的长度分别为 2.941mm、2.925mm、2.976mm平均值ml 947.236.925.41. ml 024.1947.26.7 展伸不确定度CktUBplpl 6.35.96130.43 2222 此处由于 L 值(39.043mm)直接从劈尖贴纸上读出,认为是一个确定值(不知道可以这样处理不) 。可以当常数也可以当一次测量量那么 这个有效数字不对mld 078.213.58947.0206mlUd .9.6于是最终结果写成 95.0,.08PUd实验小结1、本实验实验原理比较简单,实验操作也不复杂,但是数牛顿环和条纹时容易数错,考验细心和耐心;2、实验中应特别注意回程差的影响,测量时一旦开始向某个方向转动读数显微镜,就一定要保证本次测量绝对不能向反方向转;3、本实验数据处理比较繁琐,需要特别注意;4、在牛顿环实验中,个人认为直接从读数显微镜中操作更简单方便,而用摄像头的话,应考虑不清晰的图象的影响。

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  • 干涉法测微小量实验一、实验简介:光的干涉现象表明了光的波动的性质,干涉现象在科学研究与计量技术中有着广泛的应用。在干涉现象中,不论何种干涉,相邻干涉条纹的光程差的改变都等于相干光的波长,可见光的波长...

    干涉法测微小量实验

    一、实验简介:

    光的干涉现象表明了光的波动的性质,干涉现象在科学研究与计量技术中

    有着广泛的应用。

    在干涉现象中,

    不论何种干涉,

    相邻干涉条纹的光程差的改变

    都等于相干光的波长,

    可见光的波长虽然很小,

    但干涉条纹间的距离或干涉条纹

    的数目是可以计量的。

    因此,

    通过对干涉条纹数目或条纹移动数目的计量,

    可以

    得到以光的波长为单位的光程差。

    利用光的等厚干涉可以测量光的波长,

    检验表面的平面度,

    球面度,

    光洁度,

    以及精确测量长度,角度和微小形变等。

    二、实验原理:

    实验内容一:牛顿环法测曲率半径

    1

    如图所示,在平板玻璃面

    DCF

    上放一个曲率半径很大的平凸透镜

    ACB

    C

    为接触点,这样在

    ACB

    DCF

    之间,形成一层厚度不均匀的空气薄膜,单色光

    从上方垂直入射到透镜上,

    透过透镜,

    近似垂直地入射于空气膜。

    分别从膜的上

    下表面反射的两条光线来自同一条入射光线,

    它们满足相干条件并在膜的上表面

    相遇而产生干涉,

    干涉后的强度由相遇的两条光线的光程差决定,

    由图可见,

    者的光程差△

    等于膜厚度

    e

    的两倍,即

    =2e

    此外,

    当光在空气膜的上表面反射时,

    是从光密媒质射向光疏媒质,

    反射光

    不发生相位突变,而在下表面反射时,则会发生相位突变,即在反射点处,反射

    光的相位与入射光的相位之间相差

    ,与之对应的光程差为

    /2

    ,所以相干的

    两条光线还具有

    /2

    的附加光程差,总的光程差为:

    ∆=

    ∆‘

    +

    𝜆

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  • 1干涉法测微小量实验要求:1.预习阶段(1)认真阅读实验讲义。(2)准备预习报告。预习报告控制在1到2页纸内,不要原封不动照抄讲义,应融入自己对实验原理的理解。2.实验阶段(1)维护良好的课堂秩序,在实验室内尽量保持...

    1

    干涉法测微小量

    实验要求:

    1.

    预习阶段

    (1)

    认真阅读实验讲义。

    (2)

    准备预习报告。预习报告控制在

    1

    2

    页纸内,不要原封不动照抄讲义,应融入自己对实验原

    理的理解。

    2.

    实验阶段

    (1)

    维护良好的课堂秩序,在实验室内尽量保持安静。

    (2)

    维护整洁的实验环境,不要将水杯等放在试验台上,不得在实验室内吃口香糖。

    (3)

    爱护实验设备,轻拿轻放。在老师讲解后才能动手操作。并且在动手前应仔细阅读实验注意事

    项和操作说明。

    (4)

    如实记录实验数据,不得篡改、抄袭。

    (5)

    实验数据经指导老师签字、实验设备整理好后方可离开。

    3.

    报告撰写阶段

    (1)

    本实验要求计算平凸透镜曲率半径

    R

    的不确定度。

    注意事项:

    1.

    爱护光学元件

    光学实验中使用的大部分光学元件是玻璃制成的,

    光学表面经过精心抛光。

    使用时要轻拿、

    放,避免碰撞、

    损坏元件。任何时候都不要用手触及光学表面(镀膜片或光在此表面反射或折射)

    只能拿磨砂面(光线不经过的面一般都磨成毛面,如透镜的侧面,棱镜的上下底面等)

    ,不要对着

    光学元件表面说话、咳嗽、打喷嚏等。

    2.

    钠灯需提前预热

    10

    分钟,实验过程中不要关闭,不要震动。若关闭,需等完全冷却下来才能再

    次开启。

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干涉法测微小量