光的干涉现象实验报告(共9篇).docx

光的干涉现象实验报告(共9篇) 大连理工大学大学物理实验报告院材料学院专业材料物理班级0705姓名童凌炜学号XX67025实验台号实验时间XX年11月04日,第11周,星期二第5-6节实验名称光的等厚干涉教师评语实验目的与要求: ,加深对等厚干涉现象的认识和理解。。。实验原理和内容:,结构如图所示。当平行单色光垂直照射到牛顿环器件上时,由于平凸透镜和玻璃之间存在一层从中心向外厚度递增的空气膜,经空气膜和玻璃之间的上下界面反射的两束光存在光程差,它们在平凸透镜的凸面相遇后将发生干涉,干涉图样是以接触点为中心的一组明暗相间、内疏外密的同心圆,称为牛顿环。由于同一干涉圆环各处的空气薄膜厚度相等,故称为等厚干涉。牛顿环实验装置的光路图如下图所示: 设射入单色光的波长为λ,在距接触点rk处将产生第k级牛顿环,此处对应的空气膜厚度为dk,则空气膜上下两界面依次反射的两束光线的光程差为?k?2ndk? ? 2 式中,n为空气的折射率,λ/2是光从光疏介质射到光密介质的交界面上反射时产生的半波损失。根据干涉条件,当光程差为波长的整数倍时干涉相长,反之为半波长奇数倍时干涉相消,故薄膜上下界面上的两束反射光的光程差存在两种情况: ?k?2dk? ? 2 2k? 2 (2k?1) ? 2 K=1,2,3,….,明环K=0,1,2,….,暗环由上页图可得干涉环半径rk,膜的厚度dk与平凸透镜的曲率半径R之间的关系 22 R2?(R?dk)2?rk。由于dk远小于R,故可以将其平方项忽略而得到2Rdk?rk。结合以上的两种情况公式,得到: rk?2Rdk?kR?,k?0,1,2...,暗环由以上公式课件,rk与dk成二次幂的关系,故牛顿环之间并不是等距的,且为了避免背光因素干扰,一般选取暗环作为观测对象。而在实际中由于压力形变等原因,凸透镜与平板玻璃的接触不是一个理想的点而是一个圆面;另外镜面沾染回程会导致环中心成为一个光斑,这些都致使干涉环的级数和半径无法准确测量。而使用差值法消去附加的光程差,用测量暗环的直径来代替半径,都可以减少以上类型的误差出现。由上可得: 2 D2m?D2n R? 4(m?n)? 式中,Dm、Dn分别是第m级与第n级的暗环直径,由上式即可计算出曲率半径R。由于式中使用环数差m-n代替了级数k,避免了圆环中心及暗环级数无法确定的问题。凸透镜的曲率半径也可以由作图法得出。测得多组不同的Dm和m,根据公式D 2m ?4R?m, 可知只要作图求出斜率4R?,代入已知的单色光波长,即可求出凸透镜的曲率半径R。,并在其另一端插入待测的薄片或细丝,则在两块玻璃之间形成以空气劈尖,如下图所示: 当单色光垂直射入时,在空气薄膜上下两界面反射的两束光发生干涉;由于空气劈尖厚度相等之处是平行于两玻璃交线的平行直线,因此干涉条纹是一组明暗相间的等距平行条纹,属于等厚干涉。干涉条件如下: ?k?2dk? 可知,第k级暗条纹对应的空气劈尖厚度为? 2 ?(2k?1) ? 2 k=0,1,2,… dk?k ? 2 由干涉条件可知,当k=0时d0=0,对应玻璃板的搭接处,为零级暗条纹。若在待测薄物体出出现的是第N级暗条纹,可知待测薄片的厚度为 d?N ? 2 实际操作中由于N值较大且干涉条纹细密,不利于N值的准确测量。可先测出n条干涉条纹的距离l,在测得劈尖交线到薄片处的距离为L,则干涉条纹的总数为: N? 代入厚度计算式,可得厚度/直径为: nLl d? ?n 2l L 主要仪器设备: 读数显微镜,纳光灯,牛顿环器件,劈尖器件。步骤与操作方法::点亮并预热纳光灯;调整光路,使纳光灯均匀照射到读数显微镜的反光镜上,并调节反光镜片使得光束垂直射入牛顿环器件。恰当调整牛顿环器件,直至肉眼课件细小的正常完整的牛顿环干涉条纹后,把牛顿环器件放至显微镜的中央并对准。完成显微镜的调焦,使牛顿环的中央与十字交叉的中心对准后,固定牛顿环器件。测量牛顿环的直径: 从第6级开始逐级测量到第15级暗环的直径,使用单项测量法。转动测微鼓轮,从零环处开始向左计数,到第15级暗环时,继续向左跨过直至第18级暗环后反向转动鼓轮,使十字线返回到与第15级暗环外侧相切时,开始读数;继续转动鼓轮,均以左侧相切的方式,读取第14,13,12.……7,6级暗环的读数并记录。继续转动鼓轮,使十字叉线向右跨过圆环中心,使竖直叉丝依次与第6级到第15级的暗环的右内侧相切,顺次记录读数。同一级暗环的左右位置两次读数之差为暗环的直径。