牛顿发现的，因而称为“牛顿环”。
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托马斯·杨是英国物理学家，他是波 动光学的奠基者之一。
他发现利用透明物质薄片同样可以 观察到干涉现象，由此对牛顿环 进行研究，他创建的干涉原理解 释了牛顿环的成因和薄膜的彩色， 并第一个近似地测定了七种颜色 光的波长，从而完全确认了光的 周期性，为光的波动理论找到了 又一个强有力的证据。
钠光在可见光范围内两条谱线的波长分别 为589.59nm和589.00nm。这两条谱线 很接近，取其平均值589.30nm为波长， 所以可以把它视为准单色光源
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实验原理
在空气厚度为e的地方，上下表面反射光 的光程差为2e+λ/2，其中后一项是 “半波损失”。 光程差为(2k+1) λ/2处为干涉暗条纹， 得到曲率半径计算公式：
牛顿环测平凸透镜曲率半径
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☆ 实验简介
☆ 实验原理
☆ 实验内容
☆ 注意事项
☆ 课后思考
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实验简介
牛顿环是一种光的等厚干涉现象，是光的波动性的有力 证据之一，牛顿首先发现并对其作了精确地定量测定。可 以说，牛顿已经走到了光的波动说的边缘，但他过分偏爱 微粒说，始终无法正确解释这个现象。直到19世纪初，英 国科学家托马斯⋅杨才用光的波动说完满的解释了牛顿环 现象。
k 级明纹 rk
2k 1 Rppt课件k 1, 2, 3,
2
e r2 2R
k
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公式演变
1.压力会使平板玻璃和平凸透镜的接触点变为圆斑（甚至不 规则），导致各暗环的中心不能确定。
2.灰尘会引起附加的光程差，导致各暗环的绝对级次不能确 定。
3.中心为暗斑时，可能会覆盖其附近的几级条纹，因此直接 数级数时，也会数不准，影响实验结果
条纹越靠近中心。
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牛顿环干涉图样
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显微镜T
L S
M半 透半
R 反镜
rd
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半波损失
波传播过程中，遇到波疏介质反射，反射点 入射与反射波相位相同。
波由波密介质反射，反射点入射波与反射波 的相位差π，光程差为λ/2，由于光疏介质 到光密介质而产生的半波损失。
对光波而言，折射率大的介质反射具有半波 损失。
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读数显微镜
读数标尺
读数盘
读数显微镜：由显微镜与移动测量装置组成
目镜 上下移动旋钮 物镜 水平移动旋钮
显微镜：由目pp镜t课、件 分划板和短焦距物镜组成
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钠灯
钠光灯是一种气体放电灯。在放电管内充 有金属钠和氩气。开启电源的瞬间，氩气 放电发出粉红色的光。氩气放电后金属钠 被蒸发并放电发出黄色光。（应予热五分 钟再开始测量）。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2 (m n) 4(m n)
5-2=3
取级数：
实验中采用 m>n
2
7-4=3
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注：曲率半径与级次无关．只与级次差有关系．
环可以检验光学球面度、表面度、光洁度； ☆ 根据本实验原理，已知曲率半径的牛顿环可测定单色光的波长。 ☆ 在牛顿环仪的镜面充满透明的液体光学介质，就可以测量液体折射率n。 ☆ 可进行光谱分析、研究光谱线的超精细结构以及光学元件的成像质量。 ☆ 利用全息干涉技术还可以无损检测材料的微小应变、内部缺陷等。
R rm2 rn2 Dm2 Dn2
(m n) 4(m n)
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牛顿环测透镜曲率半径的原理
R
d
2 m

d
2 n
4(m n)
dA1 dB1
dB2 dA2 测量时不用 rk2 kR 原因：
①透镜凸面与平板玻璃表面间
Dk
并非理想的点接触，难以准确
判断干涉级次k；
Dk+m
②读数显微镜目镜中分划板的
‘十字叉丝’ 不易做到与干涉
Dkn dB1 dB2
条纹严格相切。
Dkm dA1 dA2
从公式看出不需确定环的级数，只需测出环数差
ppt课件(m-将n)不,避易免测级得次量和转中化心为无易法测确量定。
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☆分析光程差，取n =1(考虑半波损失)
k , k 1, 2, (加强)
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重点学习内容：
☆ 牛顿环的形成原理。
☆ 利用牛顿环是如何实现测定凸透镜曲 率半径的。
☆ 本实验降低系统误差的方法。
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牛顿环现象的产生
英国科学家牛顿于1675年在制作天文望远镜时，偶然发现了牛顿环现象。他用 一个曲率半径大的凸透镜和一个平面玻璃相接触，用白光照射时，其接触点出现明暗 相间的同心彩色圆环，用单色光照射，则出现明暗相间的单色圆环。这一干涉现象是
本实验通过牛顿环研究光的干涉现象，测定平凸透镜的 曲率半径，学习测量微小长度，使学生加深对光的等厚干 涉的理解。
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牛顿环的应用
牛顿环在工业测量中应用广泛，如测量光波波长、测量微小角度或薄膜厚度、 检测光学元件表面加工质量、测量液体、气体折射率等。 ☆ 牛顿环等厚干涉条纹的形状反映了两个光学表面间距变化情况。利用牛顿
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产品商标
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能量色散X射线光谱仪
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成像光谱效果图
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红外光谱仪
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傅里叶变换光谱仪
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手持式光谱仪
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实验目的
☆ 观察牛顿环干涉条纹的特点，加深 对光的波动性的认识。
☆ 掌握利用牛顿环测量平凸透镜曲率 半径的方法。
☆ 学会使用读数显微镜。
2e


2

（2 k
1) ,
2
k

0, 1, 2, (减弱)
☆目的: 消去e 计算环的半径Ｒ
r 2 R 2 (R e )2 2eR e 2
k 级暗环 rk kR k 0，1, 2, 3,
e 得： (e<<R) 略去 2
实验中采用暗环条件，测量平凸透镜的曲率 半径
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牛顿环
将一曲率半径相当大的平凸透 镜放在一平面玻璃的上面， 则在两者之间形成一个厚度 随直径变化的空气隙。
空气隙的等厚干涉条纹是一组 明暗相间的同心环。该干涉 条纹最早被牛顿发现，所以 称为牛顿环（Newton -
牛顿环仪
牛顿环
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牛顿环干涉条纹的特点
☆ 分振幅、等厚干涉； ☆ 明暗相间的同心圆环； ☆ 级次 中心低、边缘高； ☆ 间隔 中心疏、边缘密； ☆ 同级干涉，波长越短,