牛顿环实验

实验目的

观察牛顿环,理解空气薄膜产生的等厚干涉。

实验原理

光在空气薄层上、下表面反射的两列光叠加发生干涉。同一圆环对应相同的空气层厚度,故条纹是同心圆。接触点处空气层厚度近似为零,因反射时的半波损失,中心为暗斑。暗环半径 r = √(kRλ)(k = 0,1,2…,R 为透镜凸面曲率半径),环间距内疏外密。

实验器材

• 平凸透镜
• 平板玻璃
• 单色光源(如钠光灯或激光)
• 读数显微镜或放大镜
• 支架

实验步骤

1. 把平凸透镜凸面向下放在洁净的平板玻璃上并固定
2. 用单色光从上方垂直照射(可借半反射镜)
3. 从上方用放大镜或显微镜观察接触点附近的条纹
4. 记录环的形状、中心明暗和疏密变化
5. 换用不同颜色的光源,比较圆环大小

实验现象与结论

能看到以接触点为圆心的同心明暗圆环,中心为暗斑,圆环由内向外越来越密。波长较长的光对应的圆环半径较大。若换用白光,则呈现彩色圆环。

注意事项

• 透镜和玻璃表面须洁净,避免灰尘和油污影响条纹
• 光学元件易碎,轻拿轻放

常见问题

牛顿环为什么内疏外密?

越往外,空气层厚度随半径增大变化越快,相邻条纹对应的半径差越小,所以条纹变密。

牛顿环中心为什么是暗斑?

中心空气层厚度近似为零,下表面反射有半波损失,两列反射光相位相反而相消。