牛顿环测平凸透镜实验研究及其拓展(10)
发布时间:2021-06-06
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1:牛顿环支架 6:二维平移底座(SZ-02) 2:牛顿环组件 7:干版架(SZ-12) 3:半透半反玻璃(分束器) 8:升降调节座(SZ-03) 4:显微镜 9:钠灯 5:测微目镜架 10:升降调节座
图1—3 牛顿环光路图
1.2.3牛顿环装置的调节
(1)先打开钠光灯使其先进行实验前的预热,为提供实验光源做准备。 (2)借助实验室内的白炽灯光用眼睛直接观察牛顿环仪(直接用眼睛观察不太明显,需仔细观察),轻轻调节框架上的三个小螺旋环使其干涉圆环呈圆形,并尽量位于平凸透镜的中央。
(3)调节移测显微镜,使目镜中看到的叉丝与刻度线同样清晰,调节后固定镜筒长度,最后将各光学元件固定在底座上,为了使装置便于调节,读数显微镜和牛顿环仪固定在二维底座上,平行平板固定在一维底座上,光轴方向与钢尺方向相同。
(4)先将显微镜的物镜直接对准牛顿环仪,目测使移测显微镜与牛顿环仪共轴等高,将平行平板放在二者之间,将移测显微镜、反射镜以及牛顿环仪尽量靠近,用眼睛粗调共轴等高,用钠光直接照射平行平板使其得到单色平行光进入牛顿环,此时显移测微镜中将出现黄色视场(只要所调节的光路不存在明显的错误),然后由近及远缓慢移动移测显微镜,尽可能找到清晰的干涉圆环(只要是(1)-(3)步骤调节正确都可出现干涉条纹)。一般情况下此时观察到的干涉条纹都是左右两边不对称的,而且是一边较为清晰,一边较为模糊,此时可松开固定牛顿环仪支柱的小螺旋,一边通过调节目镜观察视场中出现的干涉圆环,一边左右稍微转动一下牛顿环面,使干涉圆环两侧同样清晰,而且相对环心对称分布。如此一来三个光学元件就做到了严格的共轴等高要求,同时光轴垂直于牛顿环面。
(5)调节视场的光强度,若目镜视场中的光很亮或者太暗,可松开固定反射式平面镜支柱的小螺旋,稍微改变一下反射镜的方位,直至目镜视场中的光强度刚好适应自己的眼睛,此时平行平板与显微镜和牛顿环仪的共同光轴所成角度接近45度。
(6)通过上述步骤的调节之后,通常情况下就可以得到理想的干涉圆环,接下来可关闭实验室白炽灯光,利用读数显微镜测量干涉圆环的直径,从而计算出平凸透镜的曲率半径。
1.2.4牛顿环装置调节注意事项
(1)平行平板与光轴成45度角。
(2)干涉圆环的中心几乎在牛顿环仪的中心。
(3)平行平板一般用分光板代替,反射率和透射率都是50%。 (4)牛顿环面与光轴垂直。 (5)各光学器件严格要求共轴等高。
1.2.5干涉圆环视场中的几个常见问题以及解决办法
(1)问题:能分辨的干涉圆环数目太少。 原因:各光学器件未达到共轴等高。
解决办法:沿实验台上的钢尺摆放光学器件使其达到共轴,目测调节各光学器件达到等高。
(2)问题:视场中的干涉圆环相对于环心不对称,而且出现一边模糊,一边相对清晰。
原因:牛顿环面与光轴未达到垂直。
解决办法:松开固定牛顿环仪支柱的小螺旋,一边观察视场中的干涉图样,一边左右轻轻转动牛顿环仪,直至干涉圆环对称而且同样清晰,然后拧紧螺丝固定牛顿环仪。
(3)问题:视场中的干涉图样太暗淡。
原因:平行平板的反射率太低或者平行平板法线方向的与光轴的夹角偏离45度角太多。
解决办法:松开固定平行平板支柱的螺丝,轻轻转动其平板,使其法线方向大致与光轴方向的夹角成45度,直至干涉图像最亮,若调节好平行平板法线方向与光轴方向的夹角成45度后视场中的亮度任然是太暗可考虑更换萍乡平板,也可用迈克逊干涉仪实验中的分光板将其代替。
(4)问题:目镜视场中根本找不到干涉圆环。
原因:可能是安排光路时发生错误或者干涉圆环并非在牛顿环仪的中央。 解决办法:借助室内灯光,轻轻转动牛顿环仪上的三个小螺旋,使干涉圆环尽可能处于牛顿环仪的中央,若调节到中央之后仍是看不到干涉圆环则按照牛顿环干涉装置调节步骤一一检查光路是否发生错误,纠正错误,若干涉圆环在牛顿环的中央而且光路无任何错误,则检查读数显微镜是否已被损坏。