大学物理实验报告牛顿环 大学物理实验报告牛顿环和劈尖干涉 江苏大学

        竭诚为您提供优质文档/双击可除大学物理实验报告牛顿环篇一：大学物理仿真实验报告牛顿环大学物理仿真实验报告实验名称：牛顿环法测曲率半径实验日期：专业班级：姓名：学号：教师签字：________________

        一、实验目的1.学会用牛顿环测定透镜曲率半径。2.正确使用读书显微镜，学习用逐差法处理数据。

        二、实验仪器牛顿环仪，读数显微镜，钠光灯，入射光调节架。

        三、实验原理如图所示，在平板玻璃面DcF上放一个曲率半径很大的平凸透镜Acb，c点为接触点，这样在Acb和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，二者的光程差等于膜厚度e的两倍，即此外，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，总的光程差为当?满足条件

        （1）（2）时，发生相长干涉，出现，则

        （4）在实验中，R的大小为几米到十几米，而的数量级为毫米，所以R>>ek，ek相对于22Rek是一个小量，可以忽略，所以上式可以简化为

        （5）如果rk是对给定的装置，R为常数，暗纹半径

        （8）和级数k的平方根成正比，即随着k的增大，条纹越来越细。同理，如果rk是用式

        （8）来进行计算。

        在实际问题中，由于玻璃的弹性形变及接触处不干净等因素，透镜和玻璃板之间不可能是一个理想的点接触。这样一来，干涉环的圆心就很难确定，rk就很难测准，而且在接触处，到底包含了几级条纹也难以知道，这样级数k也无法确定，所以公式

        （8）不能直接用于实验测量。在实验中，我们选择两个离中心较远的暗环，假定他们的级数为m和n，测出它们的直径dm=2rm，dn=2rn，则由式

        （8）有由此得出

        （11）从这个公式可以看出，只要我们准确地测出某两条暗纹的直径，准确地数出级数m和n之差（m-n）（不必确定圆心也不必确定具体级数m和n），即可求得曲率半径R。

        四、实验内容本实验的主要内容为利用干射法测量平凸透镜的曲率。1．观察牛顿环将牛顿环按图2所示放置在读数显微镜镜筒和入射光调节架下方，调节玻璃片的角度，使通过显微镜目镜观察时视场最亮。调节目镜，看清目镜视场的十字叉丝后，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，再微调玻璃片角度和显微镜，使条纹清晰。

        2．测牛顿环半径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）。记录标尺读数。转动显微镜微调鼓轮，使显微镜沿一个方向移动，同时数出十字叉丝竖丝移过的暗环数，直到竖丝与

        五、数据记录及处理

        六、思考题1．牛顿环产生的干涉属于薄膜干涉，在牛顿环中薄膜在什么位置？答：透镜和玻璃板之间夹成的空气薄膜。

        2．为什么牛顿环产生的干涉条纹是一组同心圆环？答：也就是说，等厚度的集合是圆，跟着半径方向明暗相间就是环了3．牛顿环产生的干涉条纹在什么位置上？相干的两束光线是哪两束？答：在透镜下表面两束光是：1透镜下表面反射光；2透过透镜、空气劈尖在玻璃板反射的光。篇二：大学物理实验报告答案大全(实验数据)大学物理实验报告答案大全（实验数据及思考题答案全包括）伏安法测电阻实验目的

        (1)利用伏安法测电阻。

        (2)验证欧姆定律。

        (3)学会间接测量量不确定度的计算；进一步掌握有效数字的概念。实验方法原理根据欧姆定律，R??，如测得u和I则可计算出R。值得注意的是，本实验待测电阻有两只，一个阻值相对较大，一个较小，因此测量时必须采用安培表内接和外接两个方式，以减小测量误差。

        实验装置待测电阻两只，0～5mA电流表1只，0－5V电压表1只，0～50mA电流表1只，0～10V电压表一只，滑线变阻器1只，DF1730sb3A稳压源1台。实验步骤本实验为简单设计性实验，实验线路、数据记录表格和具体实验步骤应由学生自行设计。必要时，可提示学生参照；

        (1)由???u?umax??1.5%，得到???u1??0.15V,???u2??0.075V

        (2)由???I?Imax??1.5%，得到???I1??0.075mA,???I2??0.75mA；??u2??I2)??(，求得uR1?9??101??,uR2??1?；

        (3)再由uR?VI

        (4)结果表示R1?(2.92??0.09)??103??,R2??(44??1)??光栅衍射实验目的

        (1)了解分光计的原理和构造。

        (2)学会分光计的调节和使用方法。

        (3)观测汞灯在可见光范围内几条光谱线的波长实验方法原理若以单色平行光垂直照射在光栅面上，按照光栅衍射理论，衍射光谱中明条纹的位置由下式决定：=dsinψk=±kλ(a+b)sinψk如果人射光不是单色，则由上式可以看出，光的波长不同，其衍射角也各不相同，于是复色光将被分解，而在中央k=

        0、ψ=0处，各色光仍重叠在一起，形成中央明条纹。在中央明条纹两侧对称地分布着k=1，2，3，…级光谱，各级光谱线都按波长大小的顺序依次排列成一组彩色谱线，这样就把复色光分解为单色光。

        如果已知光栅常数，用分光计测出k级光谱中某一明条纹的衍射角ψ，即可算出该明条纹所对应的单色光的波长λ。实验步骤

        (1)调整分光计的工作状态，使其满足测量条件。

        (2)利用光栅衍射测量汞灯在可见光范围内几条谱线的波长。

        ①由于衍射光谱在中央明条纹两侧对称地分布，为了提高测量的准确度，测量条光谱线时，刻度盘上的两个游标都要读数，然后取其平均值(角游标的读数方法与游标卡尺的读数方法基本一致)。③为了使十字丝对准光谱线，可以使用望远镜微调螺钉12来对准。④测量时，可将望远镜置最右端，从-l级到+1级依次测量，以免漏测数据。

        数据处理

        (1)与公认值比较λ0为公认值。

        (2)计算出紫色谱线波长的不确定度差?0其中u(λ)=(a??b)|cos?|u(?)1????cos15.092????=0.467nm;u=2×u(λ)=0.9nm1.最后结果为:λ=(433.9±0.9)nm当用钠光(波长λ=589.0nm)垂直入射到1mm内有500条刻痕的平面透射光栅上时，试问最多能看到∵φ最大为90o2.-6得k={(a+b)/λ}sinφ所以sinφ=1-9又∵a+b=1/500mm=2*10m，-6-9最多只能看到三级光谱。∴k=2*10/589.0*10=3.4当狭缝太宽、太窄时将会出现什么现象?为什么?答：狭缝太宽，则分辨本领将下降，如两条黄色光谱线分不开。

        狭缝太窄，透光太少，光线太弱，视场太暗不利于测量。3.为什么采用左右两个游标读数?左右游标在安装位置上有何要求?答：采用左右游标读数是为了消除偏心差，安装时左右应差180o。λ=589.0nm=589.0*10m光电效应实验目的

        (1)观察光电效现象,测定光电管的伏安特性曲线和光照度与光电流关系曲线;测定截止电压,并通过现象了解其物理意义。

        (2)练习电路的连接方法及仪器的使用;学习用图像总结物理律。实验方法原理

        (1)光子打到阴极上,若电子获得的能量大于逸出功时则会逸出，在电场力的作用下向阳极运动而形成正向电流。在没达到饱和前，光电流与电压成线性关系,接近饱和时呈非线性关系,饱和后电流不再增加。

        22

        (2)电光源发光后,其照度随距光源的距离的平方成(r)反比即光电管得到的光子数与r成反比,因此打出的电子22-2数也与r成反比,形成的饱和光电流也与r成反比,即I∝r。

        (3)若给光电管接反向电压u反，在eu反到阳极而形成光电流，当继续增大电压u反，由于电场力做负功使电子减速，当使其到达阳极前速度刚好为零时u反=us，此时所观察到的光电流为零，由此可测得此光电管在当前光源下的截止电压us。实验步骤

        (1)按讲义中的电路原理图连接好实物电路图；

        (2)测光电管的伏安特性曲线：①先使正向电压加至30伏以上，同时使光电流达最大（不超量程），②将电压从0开始按要求依次加大做好记录；

        (3)测照度与光电流的关系：①先使光电管距光源20cm处，适当选择光源亮度使光电流达最大(不超量程)；②逐渐远离光源按要求做好记录；实验步骤

        (4)测光电管的截止电压：①将双向开关换向；②使光电管距光源20cm处，将电压调至“0”，适当选择光源亮度使光电流达最大（不超量程），记录此时的光电流I0，然后加反向电压使光电流刚好为“0”，记下电压值us；③使光电管远离光源（光源亮度不变）重复上述步骤作好记录。

        数据处理

        (1)伏安特性曲线照度与光电伏安特性曲线流曲线

        (3)零电压下的光电流及截止电压与照度的关系?电压与照度无关，实验结果与理论相符。答：临界截止光具有干涉、衍射的特性，说明光具有拨动性。从光电效应现象上分析，光又具有粒子性，由爱因斯坦方程来描述：hν=(1/2)mvmax+A。

        2.可否由us′ν曲线求出阴极材料的逸出功?答：可以。由爱因斯坦方程hυ=e|us|+hυo可求出斜率Δus/Δυ=h/e和普朗克常数，还可以求出截距（h/e）υo，再由截距求出光电管阴极材料的红限υo，从而求出逸出功A=hυo。2光的干涉—牛顿环实验目的

        (1)观察等厚干涉现象及其特点。

        (2)学会用干涉法测量透镜的曲率半径与微小厚度。实验方法原理利用透明薄膜(空气层)上下表面对人射光的依次反射，人射光的振幅将分成振幅不同且有一定光程差的两部分，这是一种获得相干光的重要途径。由于两束反射光在相遇时的光程差取决于产生反射光的薄膜厚度，同一条干涉条纹所对应的薄膜厚度相同，这就是等厚干涉。

        将一块曲率半径R较大的平凸透镜的凸面置于光学平板玻璃上，在透镜的凸面和平板玻璃的上表面间就形成一层空气薄膜，其厚度从中心接触点到边缘逐渐增加。当平行的单色光垂直入射时，入射光将在此薄膜上下两表面依次反射，产生具有一定光程差的两束相干光。因此形成以接触点为中心的一系列明暗交替的同心圆环——牛顿环。

        透镜的曲率半径为：R?4(???)实验步骤

        (1)转动读数显微镜的测微鼓轮，熟悉其读数方法；调整目镜，使十字叉丝清晰，并使其水平线与主尺平行(判断的方法是：转动读数显微镜的测微鼓轮，观察目镜中的十字叉丝竖线与牛顿环相切的切点连线是否始终与移动方向平行)。

        (2)为了避免测微鼓轮的网程(空转)误差，整个测量过程中，轮只能向一个方向旋转。尽量使叉丝的竖线对准暗在鼓应干涉条纹中央时才读数。

        (3)应尽量使叉丝的竖线对准暗干涉条纹中央时才读数。

        (4)测量时，隔一个暗环记录一次数据。

        (5)由于计算R时只需要知道环数差m-n，因此以哪一个环作为cc=5.25mm；u=2×uc(R)??R???uc(R)=11mmRR??(R??u)=(875±11)mm1.透射光牛顿环是如何形成的?如何观察?画出光路示意图。

        答：光由牛顿环装置下方射入，在空气层上下两表面对入射光的依次反射，形成干涉条纹，由上向下观察。2.在牛顿环实验中，假如平玻璃板上有微小凸起，则凸起处空气薄膜厚度减小，导致等厚干涉条纹发生畸变。试问这时的牛顿环(暗)将局部内凹还是局部外凸?为什么?答：将局部外凸，因为同一条纹对应的薄膜厚度相同。

        3.用白光照射时能否看到牛顿环和劈尖干涉条纹?此时的条纹有何特征?答：用白光照射能看到干涉条纹，特征是：彩色的条纹，但条纹数有限。R2=?8.9?10??8=0.6％??20.635????双棱镜干涉实验目的

        (1)观察双棱镜干涉现象,测量钠光的波长。

        (2)学习和巩固光路的同轴调整。

        实验方法原理双棱镜干涉实验与双缝实验、双面镜实验等一样，都为光的波动学说的建立起过决定性作用，同时也是测量光波波长的一种简单的实验方法。双棱镜干涉是光的分波阵面干涉现象，由s发出的单色光经双棱镜折射后分成两列，相当于从两个虚光源s1和s2射出的两束相干光。这两束光在重叠区域内产生干涉，在该区域内放置的测微目镜中可以观察dd到干涉条纹。

        根据光的干涉理论能够得出相邻两明（暗）条纹间的距离为???x??，即可有???????x其中d为两DD个虚光源的距离，用共轭法来测，即d?d2；D为虚光源到接收屏之间的距离，在该实验中我们测的是狭缝到测微目镜的距离；??x很小，由测微目镜测量。实验步骤

        (1)仪器调节①粗调将缝的位置放好，调至坚直，根据缝的位置来调节其他元件的左右和高低位置，使各元件中心大致等高。②细调根据透镜成像规律用共轭法进行调节。

        使得狭缝到测微目镜的距离大于透镜的四倍焦距，这样通过移动透镜能够在测微目镜处找到两次成像。首先将双棱镜拿掉，此时狭缝为物，将放大像缩小像中心调至等高，然后使测微目镜能够接收到两次成像，最后放入双棱镜，调双棱镜的左右位置，使得两虚光源成像亮度相同，则细调完成。各元件中心基本达到同轴。

        (2)观察调节干涉条纹调出清晰的干涉条纹。视场不可太亮，缝不可太宽，同时双棱镜棱脊与狭缝应严格平行。取下透镜，为方便调节可先将测微目镜移至近处，待调出清晰的干涉条纹后再将测微目镜移到满足大于透镜四倍焦距的位置。

        (3)随着D的增加观察干涉条纹的变化规律。

        (4)测量①测量条纹间距???x②用共轭法测量两虚光源s1和s2的距离d篇三：牛顿环实验报告等厚干涉——牛顿环【实验目的】

        (1)用牛顿环观察和分析等厚干涉现象；

        (2)学习利用干涉现象测量透镜的曲率半径；

        (3)学会使用读数显微镜测距。【实验原理】在一块平面玻璃上安放上一焦距很大的平凸透镜，使其凸面与平面相接触，在接触点附近就形成一层空气膜。

        当用一平行的准单色光垂直照射时，在空气膜上表面反射的光束和下表面反射的光束在膜上表面相遇相干，形成以接触点为圆心的明暗相间的环状干涉图样，称为牛顿环，其光路示意图如图。如果已知入射光波长，并测得此为计算R用的公式，它与附加厚光程差、圆心位置、绝对级次无DD关，克服了由这些因素带来的系统误差，并且m、n可以是弦长。【实验仪器】JcD3型读数显微镜，牛顿环，钠光灯，凸透镜(包括三爪式透镜夹和固定滑座)。

        【实验内容】

        1、调整测量装置按光学实验常用仪器的读数显微镜使用说明进行调整。调整时注意：

        (1)调节45玻片，使显微镜视场中亮度最大，这时，基本上满足入射光垂直于透镜的要求(下部反光镜不要让反射光到上面去)。

        (2)因反射光干涉条纹产生在空气薄膜的上表面，显微镜应对上表面调焦才能找到清晰的干涉图像。

        (3)调焦时，显微镜筒应自下而上缓慢地上升，直到看清楚干涉条纹时为止，往下移动显微镜筒时，眼睛一定要离开目镜侧视，防止镜筒压坏牛顿环。

        (4)牛顿环三个压紧螺丝不能压得很紧，两个表面要用擦镜纸擦拭干净。

        2、观察牛顿环的干涉图样

        （1）调整牛顿环仪的三个调节螺丝，在自然光照射下能观察到牛顿环的干涉图样，并将干涉条纹的中心移到牛顿环仪的中心附近。

        调节螺丝不能太紧，以免中心暗斑太大，甚至损坏牛顿环仪。

        （2）把牛顿环仪置于显微镜的正下方，使单色光源与读数显微镜上45?角的反射透明玻璃片等高，旋转反射透明玻璃，直至从目镜中能看到明亮均匀的光照。

        （3）调节读数显微镜的目镜，使十字叉丝清晰；自下而上调节物镜直至观察到清晰的干涉图样。

        移动牛顿环仪，使中心暗斑（或亮斑）位于视域中心，调节目镜系统，使叉丝横丝与读数显微镜的标尺平行，消除视差。平移读数显微镜，观察待测的各环左右是否都在读数显微镜的读数范围之内。

        3、测量牛顿环的直径

        （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。

        4、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?7数据表取m?n?25??5.893?10m，仪器误差5?10mR标＝0.8551m?6（R标值以实验时用的牛顿环的曲率半径值为准）

        （2）确定平凸透镜凸面曲率半径的最佳值D55?xL55?xR55?(29.765?18.931)?10?3m?10.834?10?3mD50?xL50?xR50?(29.526?19.110)?10?3m?10.416?10?3mD45?xL45?xR45?(29.263?19.426)?10m?9.834?10mD40?xL40?xR40?(28.998?19.692)?10?3m?9.306?10?3m?3?3D35?xL35?xR35?(28.701?19.972)?10?3m?8.729?10?3mD30?xL30?xR30?(28.417?20.278)?10?3m?8.139?10?3mD25?xL25?xR25?(28.177?20.013)?10?3m?7.463?10?3mD20?xL20?xR20?(27.725?20.963)?10m?6.762?10mD15?xL15?xR15?(27.299?21.388)?10?3m?5.911?10?3mD10?xL10?xR10?(26.822?21.856)?10?3m?5.017?10?3m?3?3D552?D302?(10.8342?8.139)2?10?6m2?51.132?10?6m2D502?D252?(10.4162?7.463)2?10?6m2?52.797?10?6m2D452?D202?(9.8342?6.762)2?10?6m2?50.982?10?6m2D402?D152?(9.3062?5.911)2?10?6m2?51.660?10?6m2D352?D102?(8.7292?5.017)2?10?6m2?51.025?10?6m2令Dm2?Dn2?mm?51.132?52.797?50.982?51.660?51.025?10?6m2?51.519?10?6m25曲率半径的最佳值Dm2?Dn251.519?10?6R＝?mm?0.8743m4(m-n)?4?25?5.893?10?7

        （3）不确定度计算A类不确定度：sm10?6m2?0.29?10?6m2b类不确定度：仪器误差：?仪?5?10?6m?Dm??Dn?仪5?10?6m?7?10?6m?bm??22Dm?Dn??10?6m2=?0.19?10?6m2注：Dmo.Dn取值最大值，Dm＝D55＝10.834?10m，Dn＝D30＝8.139?10m?3?3∴?m??10?6m2?0.35?10?6m2?m0.35?10?6?3?R??m?6.0?10m?7故4(m?n)?4?25?5.893?10（4?R6.0?10?3??100?0.68%相对不确定度：eR??3R874.3?10R?R标(874.3－855.1)?10?3?100%＝?100%＝2.3%百分差：eR??3R标855.1?10注意：百分差要在5.0%以内。【误差分析】

        1、观察牛顿环时将会发现，牛顿环中心不是一点，而是一个不甚清晰的暗或亮的圆斑。其原因是透镜和平玻璃板接触时，由于接触压力引起形变，使接触处为一圆面；又镜面上可能有微小灰尘等存在，从而引起附加的程差，这都会给测量带来较大的系统误差。

        另外要用肉眼去观察暗条纹，误差会较大。

        2、平凸透镜的不稳定性也会影响实验结果。

        3、仪器不准或精度不够，制作粗糙(干涉环)所造成的系统误差。

        4、显微镜叉丝与显微镜移动方向不平行产生的误差。

        5、十字叉线纵轴没有垂直环，测量直径时没有将十字叉线纵轴与环相切。

        6、自己数错环的偶然误差，在操作时回转仪器时造成操作错误等。