大学物理光学实验（部分） - 图文

大学物理光学实验（部分）

单缝衍射

一、 实验目的

1.观察单缝衍射现象，了解衍射特点； 2.测量单缝衍射的相对光强分布。 二、 实验仪器

激光器、单缝、检流计、硅光电池等 三、 实验原理

II??

照到狭缝上的波前上每一点都起着新波源的作用，从这个波前出发，光线迭加的结果是出现平行于狭缝的明暗相间的条纹。亮条纹从中心往两侧依次是0级、1级、2级……n级亮条纹。暗条纹依次是1级、2级…..n级。

I0设光轴上的光强为 屏上与光轴夹角

1.当?2.当?? 为的一处光强为 I?Isin2?0?2 （1）

?aSin??????(2)??0(??0)时，I??I0；称为主极大或零级亮条纹。 ?m?(m??1,?2????)，即Sin??m?时，I??0，出现暗条纹。暗am?2?条纹在??的方向上。主极大两侧暗条纹之间的夹角???，其余暗条

aa纹间的间距为????a。

3.其他亮条纹的位置：

dd??Sin2??3?? ???2Sin??Cos??Sin?/???2?????Cos??Sin??0,即??tg?时，I取 极大值。

可得：? 即：???1.43?，?2.46?，?3.47????

??1.43,?2.46,?3.47??(3)

aaa???亮条纹的光强是极值的0.047，0.017，0.008倍………

4.总结： 0 ????Sin? -2 -1.43 - aaaa?1.43 a0.047 ?2 a0 I? 0 -0.047 0 I0 0

四、 实验内容和步骤

1.按夫琅和费单缝衍射实验装置设计光路。即入射到狭缝的光束是平行光，传播到观察点的各子波的光线也是平行光。

2.激光点亮并垂直于狭缝，观察屏放到较远处D>>a.

3.观察单缝衍射现象 （1）调节狭缝又宽变窄，再由窄变宽，观察衍射图像的

变化，估计出衍射图像刚出现可分辨条纹时的缝宽。

（2）调节缝宽，观察缝宽与衍射角的关系，注意其规律性。（3）观察狭缝大小与亮条纹的宽度、亮度（光强）清晰度的关系。

（4）改变屏到狭缝的距离D，重复上述情况的观察，记下变化的规律。 4.测量单缝衍射图像的光强分布

（1）调节缝宽，屏上出现清晰的衍射图像。由光电池代替观察屏，光强计由检流计（或毫伏表）的读数表示。

（2）将光电池沿衍射图像展开的方向从做到右（或反向）以一定的间隔（间隔大小以能在一条纹上多读几个数值为准，光强逐点测量。）要对光电池前的光栏宽度适当调整。

如：确定中心零点，然后向外以0.5mm为间距测量。（3）.改变单缝宽度，其他条件不变，按步骤（2）再测一组数据。（4）.将所测光电流数据归一化、即将所测数据对最大值（中央主极大值）取相对比值I即得到单缝衍射的相对光强分布曲线（共2条）。

（5）.从曲线上得到光强极小值（暗纹）的位置xm，测出单缝到光电池的距离

/I0,作I/I0??x曲线，

xmD，便可以算出衍射角?m? ，并与理论值比较。利用第一级暗纹的衍射角

D和已知波长求出狭缝宽度。

（6）由光强分布曲线确定光强次极大的位置和相对光强，并与公式（3）、（4）比较。（7）对比和分析所测的两条相对光强分布曲线。总结出单缝衍射图像的规律和特点。1.使用可调滑块。 2.开始处于闭合状态。

3.以中心最亮条纹处开始，结合调整狭缝宽度，调节电表的量程和示数的大小。 4.在改变量程时，要注意表随时校零。 5.滑块调整所限，可以从中心向一侧测量。

6.测量时，可用等间距测量；也可以采用峰值测量。

测量单缝衍射的光强分布

实验目的：

a．观察单缝衍射现象及其特点；

b．测量单缝衍射的光强分布；

c．应用单缝衍射的规律计算单缝缝宽；

实验仪器：

导轨、激光电源、激光器、单缝二维调节架、小孔屏、一维光强测量装置、WJH型数字式检流计。

实验原理和方法：

光在传播过程中遇到障碍物时将绕过障碍物，改变光的直线传播，称为光的衍射。当障碍物的大小与光的波长大得不多时，如狭缝、小孔、小圆屏、毛发、细针、金属丝等，就能观察到明显的光的衍射现象，亦即光线偏离直线路程的现象。光的衍射分为夫琅和费衍射与费涅耳衍射，亦称为远场衍射与近场衍射。本实验只研究夫琅和费衍射。理想的夫琅和费衍射，其入射光束和衍射光束均是平行光。单缝的夫琅和费衍射光路图如下图所示。

a. 理论上可以证明只要满足以下条件，单缝衍射就处于夫琅和费衍射区域：

a2a2或L??? ???88L式中：a为狭缝宽度；L为狭缝与屏之

间的距离；?为入射光的波长。

可以对L的取值范围进行估算：实验时，若取a?1?10m，入射光是He?Ne激光，

?4其波长为632.80nm，

a2??1.6cm?2cm，所以只要取L?20cm，就可满足夫琅和费衍射

的远场条件。但实验证明，取L?50cm，结果较为理想。

b. 根据惠更斯－费涅耳原理，可导出单缝衍射的相对光强分布规律：

I?(sinu/u)2 I0式中： u?(?asin?)/?

暗纹条件：由上式知，暗条纹即I?0出现在

u?(?asin?)/????，??2?，?

即暗纹条件为

asin??k?，k??1，k??2，?

明纹条件：求I为极值的各处，即可得出明纹条件。令

d(sin2u/u2)?0 du推得 u?tanu

此为超越函数，同图解法求得：

u?0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，? 即 asin??0，?1.43?，?2.46?，?3.47?，?

可见，用菲涅耳波带法求出的明纹条件

asin??(2k?1)?/2，k?1，2，3，?

只是近似准确的。

单缝衍射的相对光强分布曲线如下图所示，图中各级极大的位置和相应的光强如下：

sin?

0

?1.43?/a ?2.46?/a ?3.47?/a 0.047I0

0.017I0

I

I0 .0.018I0

c. 应用单缝衍射的公式计算单缝缝宽

由暗纹条件：asin??k? 并由图有：Xk?Ltan?k

由于?很小，所以

Xk?L?k?kL?/a

令b?Xk?1?Xk?L?/a（b为两相邻暗纹间距），则

a?L?/b（或a?L?/X1，X1为中央明纹半宽度）

由此可见，条纹间距b正比于L和?，反比于缝宽a。由实验曲线测出b（取平均值），即可算出缝宽a。

d. 实验证明，若将单缝衍射的光路图中的单缝换成金属细丝，屏上夫琅和费花样和同样宽度的单缝衍射花样是一样的，故只需将单缝宽度a用金属细丝直径d代替，就可完全应用以上的理论和公式。

实验内容和步骤：

实验主要内容是观察单缝衍射现象，测量单缝衍射的光强分布，并计算出缝宽a。 实验中用硅光电池作光强I的测量器件。硅光电池能直接变为电能，在一定的光照范围内，光电池的光电流i与光照强度I成正比。本实验用的是WJH型数字式检流计，以数字显示来检测光电流。它是采用低漂移运算放大器、模/数转换器和发光数码管将光电流a进行处理，从而将光强I以数字显示出来。

a．按下图接好实验仪器，先目测粗调，使各光学元件同轴等高，要注意将激光器调平；

b．激光器与单缝之间的距离以及单缝与一维光强测量装置之间的距离均置为50cm左

?3右，加上本实验采用的是方向性很好，发散角1?10~1?10?5rad的He?Ne激光作为光

源，这样可满足夫琅和费衍射的远场条件，从而可省去单缝前后的透镜L1和L2。； c．点亮He?Ne激光器，使激光垂直照射于单缝的刀口上，利用小孔屏调好光路，须特别注意的是：观察时不要正对电源，以免灼伤眼睛。

d．将WJH接上电源开机预热15min，将量程选择开关置I档，衰减旋钮置校准为止（顺时针旋到底，即灵敏度最高）。调节调零旋钮，使数据显示器显示“-000”（负号闪烁）。以后在测量过程中如果数码管显示“999”，此为超量程知识，可将量程调高一档。如果数字显示小于190，且小数点不在第一位时，可将量程减少一档，以充分利用仪器分辨率。

e. 将小孔屏置于光强测量装置之前，调二维调节架，选择所需的单缝缝宽a，观察小

孔屏上的衍射花纹，使它由宽变窄及由窄变宽重复几次，一方面观察在调节过程中小孔屏上的各种现象和变化规律，另一方面调节各元件，使小孔屏上的衍射图像清晰、对称、条纹间距适当，以便测量。这一步是测量效果是否理想的关键。

f. 移去小孔屏，调整一维光强测量装置，使光电探头中心与激光束高度一致，移动方向与激光束垂直，起始位置适当。

g. 关掉激光电源，记下本底读数（即初读数）再打开激光电源，开始测量。为消除空程，减小误差，应转动手轮使光电探头单方向移动，即沿衍射图像的展开方向（X轴方向），从左向右或从右向左，每次移动0.200mm，单向、逐点记下衍射图像的位置坐标X和相应的光强。

h. 在坐标格子上以横轴为距离，纵轴为光强，将记录下来的数值（减去初读数）描绘出来。就得单缝衍射的光强分布图。若以光强最大值I0除各数值，也可得出单缝衍射的相对光强分布图。

i. 测出狭缝到硅光电池的距离L，并从光强分布图上测出b（多测几个，取平均值）或

X1，算出狭缝缝宽a。

j. 用读数显微镜直接测出缝宽，测5次，取平均值，与衍射测量结果比较，求相对误差。

参数及数据记录：见附表

数据处理：

L?50cm?0.05cm?0.5m ??650nm?6.50?10?7m

中央明纹半宽度为：X1?16.200mm?12.800mm?1.700mm?1.7?10?3m

20.5m?6.50?10?7m?4?1.91?10m 则：a?L?/X1??31.7?10m

思考题：

1．当缝宽增加一倍时，衍射花样的光强和条纹宽度将会怎样改变？如缝宽减半，又怎

样 改变？

答：由a?L?/b可知，当a增加一倍时，L、?保持不变，b变为原来的1/2，光

增加，条纹变细。当a减半时，b变为原来的两倍，光强减弱，条纹变宽。

强

2．激光输出的光强如有变动，对单缝衍射图像和光强分布曲线有无影响？有何影响？

答：激光输出的光强增大时，衍射图像明纹变亮，光强分布曲线变陡，当输出光强

减 弱时，衍射图像明纹变暗，光强分布曲线变平缓。

3．平行光的衍射称为夫琅和费衍射，试证明，夫琅和费衍射条件为：a/?8L????1。

2 证：

光程差

????，

2?a?2即L????L???

?2?a2得L????2?L2?2L?

42a2由于?极小，故舍去，得??2L?

42即a/?8L????1

2

4．用实验中所应用的方法是否可测量细丝直径？其原理和方法？

答：可以，把单缝换成要测量的金属丝，屏上夫琅和费衍射花样和同样宽度的单缝

衍射花样的一样，故只需将单缝宽度a换成细丝直径d，则可计算出d。

透镜参数的测量

透镜是最基本的光学元件，根据光学仪器的使用要求，常需选择不同的透镜或透镜组。透镜的焦距是反映透镜特性的基本参数之一，它决定了透镜成像的规律。为了正确地使用光学仪器，必须熟练掌握透镜成像的一般规律，学会光路的调节技术和测量焦距的方法。

【实验目的】

1. 了解薄透镜的成像规律； 2. 了解球差、色差产生的原因； 3. 掌握光学系统同轴等高的调节；

4. 掌握测量薄透镜焦距的几种方法，加深对透镜成像规律的认识。

【实验原理】

1. 准备知识

薄透镜是指透镜中心厚度比透镜的焦距或曲率半径小很多的透镜。透镜分为凸透镜和凹透镜两类：中间厚、边缘薄的透镜称为凸透镜，对光线有会聚作用，又称为会聚透镜；中间薄、边缘厚的透镜称为凹透镜，对光线有发散作用，又称为发散透镜。

有关透镜的一些名词解释：

主光轴：通过透镜两个折射球面的球心的直线，叫透镜的主光轴（或主轴）。 光心：光线通过主光轴上某一特殊点，而不改变方向，这个点叫透镜的光心。 副光轴：除主光轴外通过光心的其他直线叫副光轴。

近轴光线：一般使用透镜时，物体都在主光轴附近，入射光线的入射角很小，这样的光线叫近轴光线。

焦点：平行于主光轴的近轴光线，通过透镜后会聚（或发散，这时其反向延长线会聚）于主光轴上的点，叫主焦点F，如图（一）所示。每个透镜都有分居透镜两侧的两个主焦点。

焦距：光心O到主焦点F间的距离叫焦距（用字母f表示）。每个透镜有两个焦距。薄透镜两侧的媒质相同时，两个焦距相等。

焦平面 焦平面 O F F’ f f (a) 凸透镜的焦点 (b) 凹透镜的焦点

图（一）透镜的焦点及焦平面

光路可逆原理：在反射和折射定律中，光线如果沿反射和折射方向入射，则相应的反射和折射光将沿原来的入射方向。这就是说，如果物点Q发出的光经光学系统后再Q’点成像，则Q’点发出的光线经同一光学系统后必然会在Q点成像，即物和像之间是共轭的。 2. 薄透镜成像公式

在近轴光线条件下，透镜成像公式为

11sf'其中s为物距，实物为正，虚物为负；s为像距，实像为正，虚像为负；f为焦距，凸

+ ' = （1）

透镜为正，凹透镜为负。 3. 凸透镜焦距的测定

距凸透镜为无穷远的发光点发出的光束，经凸透镜后，会聚于焦平面上成一光点，称作发光点的像。一个有一定形状大小的物（自身发光或反射光），可看作是很多发光点的集合。距凸透镜为无穷远的物上各点发出的光，都相应地在焦平面上会聚成一个像点，这些像点的集合，就是物的像。测量薄透镜的焦距，通常是根据薄透镜的成像规律和光路可逆原理来进行的。

凸透镜的成像规律是:：当物距s2f时，成倒立缩小的实像。

B A B A A1 B1 O1 O A1 A2 O2 B2 B1 ' s21sd s1 s1' s2 D f

图（二） 凸透镜自准法光路 图（三） 凸透镜共轭法光路

（1）自准法

如图（二）所示，如果一个凸透镜主光轴的点光源发出的光经过凸透镜后，能够成一束平行光，则这个点光源所在的位置就是凸透镜的焦点F。实验中用的不是点光源，而是一个发光物体AB。当发光物AB处于凸透镜的焦平面上，则B点所发出的光线经透镜后为一束平行光，若在透镜后放一垂直于主光轴的平面镜，将此光束反射回去，反射光再经过凸透镜后仍汇聚于焦平面上，成实像B’。 则形成与原物等大的倒立实像A1B1。因此，实验时移

8 目镜调焦轮 目镜调焦用（调节8，可使视场中叉丝清晰）

9 望远镜光轴高低调节螺丝 调节望远镜光轴的倾斜度（铅直面上方位调节）

10 11 12

望远镜光轴水平调节螺丝（在图后侧）

望远镜微调螺丝（在图后侧） 刻度盘与望远镜固联螺丝

调节望远镜光轴的水平方位（水平面上方位调节） 在锁紧13后，调11可使望远镜绕中心轴微动 松开l2，两者可相对转动；锁紧12，两者固联，才能一起转动

149°+22ˊ→149°22ˊ 149°30ˊ+14ˊ→149°44ˊ 图 3-8-2 角游标的读数示例 13 14 15 望远镜止动螺丝（在图后侧） 游标盘微调螺丝 游标盘止动螺丝 松开13，可用手大幅度转动望远镜；锁紧13，微调螺丝11才起作用 锁紧l5后，调l4可使游标盘作小幅度转动 松开15，游标盘能单独作大幅度转动；锁紧15，微调螺丝14才起作用 分光计的读数装置由刻度盘和游标盘两部分组成。刻度盘分为360°，最小分度为半度（30′），半度以下的角度可借助游标准确读出。游标等分为30格，游标的这30小格正好跟刻度盘上的29小格对齐，因此知道游标上1小格为29′，游标上1小格与刻度盘上1小格两者之差为1′，即分光计最小分度为1′。由此可知游标上n小格与刻度盘上n小格相差n′。角游标的读法与直游标（如游标卡尺）相似，以游标零线为基准，先读出大数（大于30′的部分），再利用游标读出小数（小于30′的部分），大数跟小数之和即为测量结果。现举二例见图3-8-2。在生产分光计时，难以做到使望远镜、刻度盘的旋转轴线与分光计中心轴完全重合。为消除刻度盘与分光计中心轴偏心而引起的误差，在游标盘同一条直径的两端各装一个读数游标。测量时两个游标都应读数，然后分别算出每个游标两次读数之差，取其平均值作为测量结果。用双游标消除偏心误差的原理详见附注。

2. 分光计的调节

概括地说，分光计的调整要求是：使平行光管出射平行光；望远镜适合于接收平行光；平行光管和望远镜的光轴等高并与分光计中心轴垂直。

在正式调整前，先目测粗调：使望远镜和平行光管对准；将载物台、望远镜和平行光管大致调水平，使它们大致垂至于分光计中心轴。这一步很重要，只有做好粗调，才能按下列步骤进一步细调（否则细调难以进行）：

调整望远镜使其达到下面两条要求（望远镜是由物镜镜筒、叉丝套筒和目镜镜筒三部分组成。叉丝到目镜和物镜的距离皆可调节。常用的阿贝目镜式望远镜的结构和视场如图3-8-3所示）：

①用自准法调节望远镜，使之适合于接收平行光：点亮望远镜侧窗的照明灯将叉丝照亮，旋转移动目镜使叉丝位于目镜焦平面上，此时叉丝看得很清楚。再按图3-8-4所示位置，将平面反射镜置于载物台上（镜面朝望远镜）。然后缓慢转动载物台，同时调节叉丝套筒（改变叉丝与物镜间距），从望远镜中找到由平面镜反射回来的模糊光斑（如果找不到，则粗调没有达到要求，应重调）。找到光斑后进一步细调叉丝套筒，光斑逐渐变变成清晰的绿色小亮“十”字（它是叉丝平面上小黑十字的反射像，为绿色小亮十字）。当叉丝位于物镜焦平面上时，叉丝发出的光经过物镜后成为平行光，平行光经平面镜反射再次通过物镜后仍成像于叉丝平面。此时，从目镜中可同时看清叉丝与绿色小亮“十”字，且两者无视差。至此，叉丝既落在目镜焦平面上又落在物镜焦平面上，望远镜已适合于接收平行光。各镜筒间的相对位置就不应改变了。

要补充说明的是，叉丝套筒在调节过程中应做适当转动，使竖直叉丝平行于分光计中心轴（怎样鉴别是否已达到了这一要求？）。 ②使望远镜光轴垂直于分光计中心轴：

图 3-8-4 平面镜 望远镜调好焦后，从目镜中能同时看清叉丝和绿色小亮“十”字，且两者

无视差。但绿色小亮“十”字一般不处于小黑十字的对称位置（aa′线）在载物台上的放法 上。其原因可能是望远镜光轴未垂直中心轴，也可能是平面镜镜面与中心 轴不平行，或者两者兼有。为使望远镜光轴垂直中心轴，调整方法如下：

首先检查平面镜正反两面分别正对望远镜时，视场中是否都能找到绿色小亮“十”字（如果找不到或只找到一个，说明粗调不合格，应进一步调整）。然后用螺丝9调节望远镜光轴倾斜度，使绿色小亮“十”字到aa′线的距离减小一半，再调载物台螺丝G1（或G3）使两者重合。把载物台转l80°，使平面镜的反面正对望远镜，再次用“各半调节法”同样调节。如此反复调节，直到平面镜任一面正对望远镜时，视场中的绿色小亮“十”字都落在调整叉丝aa′上时为止。此时，望远镜光轴就与中心轴垂直了。 调节过程中，不必刻板地运用“各半调节法”。若发现正反两面的反射像纵向位移较大，说

图 3-8-3 阿贝目镜式望远镜的结构和视场

明平面镜镜面与中心轴明显不平行，就应侧重调节螺丝G1或G3。如果纵向位移不大，但反射像都远离aa′线，这表明望远镜光轴与中心轴明显不垂直，就该侧重调节螺丝9了。 （2）调整平行光管。

①调整平行光管使之出射平行光：平行光管是由两个可以相对滑动的套简组成的，外筒上装有一组消色差透镜，内筒外端装有一个宽度可调的狭缝。

调节时先取下载物台上的平面镜，点亮汞灯使之正照狭缝。然后一边调节平行光管上狭缝和透镜的间距，一边用调好焦的望远镜对准平行光管观察。当狭缝正好调到透镜焦平面上时，平行光管就出射平行光。由于望远镜已适合于接收平行光，因此平行光射入望远镜后将在叉丝平面成像。这时从望远镜中能看到清晰的与叉丝无视差的狭缝像。

这就是说，我们是以调好焦的望远镜视场中，能否产生清晰的、无视差的狭缝像作为判据，来判别平行光管出射的光是否是平行的。

②使平行光管光轴与分光计中心轴垂直：调节螺丝3使狭缝像宽约1mm多，再转动狭缝使狭缝像平行于竖直叉丝，然后调节平行光管光轴水平调节螺丝1和高低调节螺丝2，把狭缝像精确调到视场中心且被十字叉丝所等分。至此，平行光管与望远镜的光轴重合且与分光计中心轴垂直。

四. 实验内容

1. 调整分光计

按分光计的调整要求和调节方法，正确调节分光计至正常工作状态。 2. 调节三棱镜

要使三棱镜两折射面与分光计中心轴平行（即与已调好的望远镜光轴垂直）。

（1）将三棱镜按图3-8-5那样平放在载物台上。图中ABC表示三棱镜的横截面，AB、AC、BC是三棱镜的三个侧面。其中，AB、AC两个侧面是透光的光学表面（称为折射面）、侧面BC是毛玻璃面（称为底面）。三棱镜两折射面的夹角?称为顶角。放置三棱镜时，顶角要靠近载物台中央，折射面要与载物台下调平螺丝的连线垂直。

（2）转动载物台，使三棱镜的一个折射面正对望远镜。调节载物台调平螺丝，使亮“十”字形反射像落在调整叉丝aa′上。转动载物台使另—折射面正对望远镜，再按上述方法重新调节。来回反复调节几次，直到两个折射面都垂直于调节螺丝。

3. 用反射法测三棱镜顶角

转动载物台，使三棱镜顶角对准平行光管，让平行光管射出的光束照在三棱镜两个折射面上（见图3-8-6）。将望远镜转至I处观测反射光，调节望远镜微调螺丝（11），使望远镜竖直叉丝对准狭缝像中心线。再分别从两个游标（设左游标为A，右游标为B）读出反射光的方位角?A、

图 3-8-5 三棱镜的放法 望远镜光轴为止。注意：调节过程中只能调节载物台下的调平螺丝，不能动望远镜下的方位

?B；然后将望远镜转至Ⅱ处观测反射光，相同

图 3-8-6 用反射法测三棱镜顶角

?、?B?。由图3-8-6可以证明顶角为： 方法读出反射光的方位角?A???2?1??(?A??A??B??B)4

要求测量3次以上，求平均值和不确定度，数据表格自拟。每次测量完后可以稍微变动

载物台位置，再测下一次。

五. 注意事项

（1）三棱镜要轻拿轻放，要注意保护光学表面，不要用手触摸折射面。

（2）用反射法测顶角时，三棱镜顶角应靠近载物台中央放置（即离平行光管远一些）否则反射光不能进入望远镜。

（3）在计算望远镜转角时，要注意望远镜转动过程中是否经过刻度盘零点，如经过零点，应在相应读数加上360°（或减去360°）后再计算。

六. 问题讨论

（1）在载物台上放置三棱镜时，为什么要使折射面垂直于载物台调平螺丝的连线？ （2）不用汞灯和平行光管，利用望远镜自身产生的平行光来测三棱镜顶角的方法称为自准法。试用自准法测三棱镜顶角，并说明测量原理和方法。

???2（3）试利用图3-8-6，证明反射法测三棱镜顶角的测量公式。

【实验内容与步骤】

实验装置如图3所示。钠光灯发出波长??5893A的由与水平方向成45°角的透反镜(半反射半透射)反射后，垂直入射到平凸透镜上，干涉条纹通过显微镜观察和测量。

?

1.读数鼓轮;2.调焦手轮;3.目镜;4.钠光灯;5.平板玻璃 6.物镜;7.透反镜;8.平凸透镜;9.载物台;10.支架

图3 测量显微镜及光路

1. 用显微镜观察牛顿环

利用显微镜观察物体必须同时满足两个条件：“对准”和“调焦”在被观察的物体上。实验调整、操作应按下列次序进行：

1) 照明

调整读数显微镜的位置，使光线射向显微镜物镜下方45?透反镜，并使单色平行光垂直入射到牛顿环装置上。调节透反镜的取向，应使显微镜视野中亮度最大。

2) 调焦

首先调节目镜直至十字叉丝成像清晰。等厚干涉条纹定域在空气间隙上表面附近，故在观察时，读数显微镜必须对准此面调焦，在调焦过程中，旋转调焦手轮的方向时，必须先使显微镜筒接近平凸透镜，然后缓慢地自下而上进行调焦(自上而下调焦容易损坏物镜和被测标本，为操作规程所不允许的)，直到能看到清晰的干涉图样，即看到放大了的牛顿环。

3) 对准

略微移动牛顿环，对准环中心部位，使显微镜中的十字叉丝将牛顿环大致四等分。如不够清晰可稍加调焦，直至条纹最清晰为止。 2. 测量牛顿环直径

（1）选取要测量的m和n(各5环)，如取m为55，50，45，40，35，n为30，25，20，15，

10。 （2）转动鼓轮。先使镜筒向左移动，顺序数到55环，再向右转到50 环，使叉丝尽量对准干涉条纹的中心，记录读数。然后继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与45，40，35，30，25，

20，15，10，环对准，顺次记下读数；再继续转动测微鼓轮，使叉丝依次与圆心右10，15，20，25，30，35，40，45，50，55环对准，也顺次记下各环的读数。注意在一次测量过程中，测微鼓轮应沿一个方向旋转，中途不得反转，以免引起回程差。

3、算出各级牛顿环直径的平方值后，用逐差法处理所得数据，求出 直径平方差的平均值代入公式求出透镜的曲率半径，并算出误差。 ． 注意：

(1)近中心的圆环的宽度变化很大，不易测准，故从K=lO左右开始比较好； (2)m-n应取大一些，如取m-n=25左右，每间隔5条读一个数。

(3)应从O数到最大一圈，再多数5圈后退回5圈，开始读第一个数据。 (4)因为暗纹容易对准，所以对准暗纹较合适。 ，

(5)圈纹中心对准叉丝或刻度尺的中心，并且当测距显微镜移动时，叉丝或刻度尺的 某根线与圈纹相切(都切圈纹的右边或左边)。

【注意事项及常见故障的排除】

1. 读数显微镜的测微鼓轮在每一次测量过程中只可沿同一方向转动，以免由于螺距间隙而

产生误差； 2. 调节显微镜时，镜筒要自下而上缓缓调整，以免损伤物镜镜头或压坏45°玻璃片； 3. 取拿牛顿环时，切忌触摸光学平面，如有不洁要用专门的揩镜纸轻轻揩拭；

4. 钠光灯点燃后，直到测试结束再关闭，中途不应随意开关。否则会降低钠光灯使用寿命。 【数据处理】【思考题】

1. 利用透射光观测牛顿环与用反射光观测会有什么区别?

2. 测量暗环直径时，叉丝交点没有通过环心，因而测量的是弦而非直径，对实验结果是否

有影响?为什么? 3. 为什么由平凸透镜和平板玻璃形成的牛顿环离中心越远，条纹越密?

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