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物理实验报告,牛顿环

每个星期都要做个物理实验. 做完实验了后得写实验报告. 其中一点就是写实验原理. 请帮你们改一下我写的原理. 其实写这些对我的中文还是太难了。我们是不许抄写书上的。

实验名称:
光的干涉和衍射

实验原理:(要求用简要文字,公式,图表说明)

牛顿环的现象可以从光学干涉和衍射理论的角度来解释。牛顿环是由两个光学玻璃物体构成的一个仪器。
1.) 一个平玻璃片。2.) 一个平凸透镜 两个物体都是圆的。
凸边往下指向的透镜处于在平片的上面。特指地说那两个物体利用一种机架维系的。两个物体在中心接触在一块。如图所示:图1
用半径R描述透镜的曲率。设d是透镜的厚度。透镜与平片之间有空气。离接触点的距离越大,平片与透镜的距离也越大。R比d大多了 (R>>d 看图2) 因此透镜一平片之间的空气比较薄膜。这样上述的装置成为牛顿环。做实验的时候从上光往下垂直平凸的平面入射。(图3) 当发白色光时,镜头表面出现颜色等厚环纹。当法单色光时,镜头表面出现暗的和明的环纹。环处于中心对应的状态。完美理想的条件下,中心里出现一个暗斑。沿着透镜半径离中心越远,环纹和环纹之间的距离也越小,并且环条纹的厚度也越薄。这些环纹为什么出现?原因如何?首先采用适合的名物。把暗环纹都数一下.设k表示环纹的项目。从中心开始数,中心的暗斑数k=0. rk表示第k环纹离中心的距离。用标记ek来表示第k条纹对应的平片与透镜之间垂于平片的距离.波长为w.把光路程差成为delta.
现在来探讨一下怎么可以把透镜的曲率半径R找出来:
光入射时会换介质,就是说光的介质的折射率会变。因此玻璃和空气的界面上会发生反射带来半波长的损失。因为这个原因,在描述光路程差的公式的右端要给几何的距离还加上lambda/2. 这样获得公式1:
delta=2*ek+lambda/2 (1)
(注意那两束光是相干的。所以光路程差的公式才会成立)
当delta=k*lambda时两束光掩映。当delta=(2*k+1)*lambda/2 (2)时光波全除消就是说在这个条件下会出现暗纹。
R与rk的关系式可以由勾股定理得出来。公式3:R^2=rk^2+(R-ek)^2 (3)
因为ek比R小多了(ek<<R),所以不妨忽略ek^2. 从方程(2)和(3)去掉ek后得到公式4:R*k*lambda=rk^2 (4)
获得了这个结果后本来上就可以求出来R。只要测k对应条纹离中心的距离rk就可以有(4)求出R. 但是事实上上列的公式带来一些问题。关键是,条件不可能总完善的,比如说平片与透镜之间会有尘或玻璃会参差一点。这样可能的干扰因素比较多。一般的问题就是ek的大小可以被影响的。为了超过这个困难可以引进纠正的因素a。只要把ek取代ek+-a。作这样的纠正后获得:delta=2*(ek+.a)+lambda/2-->ek=k*lambda/2+.a --(4)-->rk^2=R*k*lambda+-a*R*2
现在把k分为m与n. ---->R=(rm^2-rn^2)/(lambda*(m-n)).设Dn,Dm是环的直径。用直径表示更清晰一些: R=(Dm^2-Dn^2)/4*lambda*(m-n) 这个公式还带来另一个好处。由几何已知:两同心圆直径的平方差等于弦的平方差。因此中心与接触点的位置不同都不会歪曲结果。这样的结果就可以利用描述事实上的试验。

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5 comments

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    Corrections

    因为ek远小于R小多了(ek<<R),所以不妨忽略ek^2. 从方程(2)和(3)去掉ek后得到公式4:R*k*lambda=rk^2 (4)
    获得了这个结果后原理上就可以求出来R。只要测k对应条纹离中心的距离rk就可以有(4)求出R. 但是事实上上述的公式带来一些问题。关键是,条件不可能总完善的,比如说平片与透镜之间会有尘或玻璃会参差一点。这样可能的干扰因素比较多。一般的问题就是ek的大小可能受影响的。为了克服这个困难可以引进纠正的因素a。只要把ek换成ek+-a。作这样的纠正后获得:delta=2*(ek+.a)+lambda/2-->ek=k*lambda/2+.a --(4)-->rk^2=R*k*lambda+-a*R*2
    现在把k分为m与n. ---->R=(rm^2-rn^2)/(lambda*(m-n)).设Dn,Dm是环的直径。用直径表示更清晰一些: R=(Dm^2-Dn^2)/4*lambda*(m-n) 这个公式还带来另一个好处。由几何已知:两同心圆直径的平方差等于弦的平方差。因此中心与接触点的位置不同都不会歪曲结果。这样的结果就可以用于描述事实上的试验。

    R比d大多了 (R>>d 看图2) R远大于d

     

    当发白色光时,镜头表面出现颜色等厚环纹。等宽吗?色谱宽度应该不相同吧

    当法单色光时,镜头表面出现暗的和明的环纹。明暗环纹

    沿着透镜半径离中心越远,环纹和环纹之间的距离也越小,并且环条纹的厚度也越薄。宽度变窄 英文是怎么说的 thick吗?

    (注意那两束光是相干的。所以光程差的公式才会成立)

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