一种多用途牛顿环实验装置的制作方法

本实用新型涉及实验仪器，具体涉及一种多用途牛顿环实验装置。

背景技术：

牛顿环是一种等厚环形干涉条纹，现在学生实验室内所用的牛顿环实验装置由一块曲率半径较大的平凸透镜，和一块光学平面玻璃片所组成的器件。在平凸透镜的凸面与玻璃片之间，有一空气薄层其厚度由中心接触点到边缘逐渐增大。若以平行单色光S垂直照射，则经空气层上下表面反射的两束光线有一光程差，在平凸透镜凸面相遇后，将发生干涉。用读数显微镜观察，便可以清楚的看到中心为一小暗斑，周围是明暗相间宽度逐渐减小的许多同心圆环。

为了实验操作方便，将平凸镜和平面玻璃板合二为一，制成了现如今的牛顿环仪，也就是学生实验室中常利用牛顿环测定凸透镜的曲率半径的装置。

上述装置存在以下问题：一是，利用上述实验装置进行凸透镜的曲率半径测量时，其需要事先了解光源的波长，再进行实验测量；二是：上述实验装置将平凸透镜与平面玻璃板紧密接触，在需要更换一个时，往往需要将两个同时拆卸下来，操作麻烦；三是：上述装置功能单一。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型公开了一种多用途牛顿环实验装置，此装置，能同时实现光源波长以及平凸透镜曲率半径的测量，同时平凸透镜与平面玻璃板分开安装，拆卸方便。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种多用途牛顿环实验装置，包括底座，设置于所述底座上的滑轨，滑动设置于所述滑轨上的动镜片底座，固定设置于所述滑轨左端的定镜片底座，设置于所述滑轨内部的调节螺杆，设置于所述滑轨右端并控制所述调节螺杆转动的螺杆调节装置和水平设置于所述底座左侧的读数显微镜；

所述滑轨上设有显示所述动镜片底座位置的标尺；

所述动镜片底座上安装有平面玻璃板，所述平面玻璃板与所述滑轨垂直；

所述定镜片底座上安装有平凸透镜，所述平凸透镜的主光轴与所述平面玻璃板垂直；

所述读数显微镜包括与所述底座固定连接的显微镜底座和设置于所述显微镜底座上的镜筒，所述显微镜底座上设有调节所述镜筒前后运动的调节手轮，所述调节手轮设有显示所示镜筒位置的手轮刻度标，所述镜筒的物镜的光轴与所述平凸透镜的主光轴共轴。

进一步的：所述底座底部设有三个调平螺丝。

进一步的：所述动镜片底座包括滑动设置于所述滑轨上的滑动底座和固定于所述滑动底座上三维动镜片调整镜架；所述滑动底座向所述滑轨内部延伸形成与所述调节螺杆相螺接的调节连板；所述定镜片底座包括固定设置于所述滑轨左端的固定底座和固定于所述固定底座上三维定镜片调整镜架。

进一步的：所述螺杆调节装置包括固定设置于所述滑轨右端的螺杆调节底座，设置于所述螺杆调节底座上的粗调旋钮和微调旋钮，所述螺杆调节底座上设有显示所述粗调旋钮标度的窗口，所述微调旋钮上设有微调刻度标。

采用上述技术方案所产生的有益效果为：将平凸透镜安装在滑轨左端的定镜片底座上，将平面玻璃板安装在动镜片底座上，在平凸透镜与平面玻璃板之间形成一空气层，通过调节螺杆调节装置，实现平面玻璃板沿滑轨左右移动，这样就改变了平凸透镜与平面玻璃板之间的距离，即改变了空气层两表面反射的两束光线的光程差，进而可以观察到圆心处吞吐条纹的周期性变化，利用这个变化我们就可以求得钠光灯的波长。之后再通过调节螺杆调节装置，使得平面玻璃板沿滑轨左右移动至与平凸透镜相抵接，此时可视为一个水平设置的牛顿环仪，根据上面求得的光源的波长即可以做牛顿环测定凸透镜的曲率半径的实验。此装置既可以测量单色光的波长，同时还可以通过测试暗纹直径求得平凸透镜的半径可谓一举两得。

同时，我们将平凸透镜与平面玻璃板分开安装，还可以方便的更换不同的镜片，可以观测不同的干涉条纹。使实验变得丰富多彩，可以大大丰富实验现象，提高学生的实验兴趣。这些实验操作较为简单，适于学生操作，而且，计算精度颇高。

在底座底部设有三个调平螺丝，可以很方便的调整整个装置的水平。

三维动镜片调整镜架和三维定镜片调整镜架可以方便学生调整平凸透镜及平面玻璃板，使得平面玻璃板与滑轨垂直，平凸透镜的主光轴与所述平面玻璃板垂直，以保证实验的顺利进行。

螺杆调节装置设置了粗调旋钮和微调旋钮，通过粗调旋钮大致确定平面玻璃板的位置，在通过微调旋钮来准确定位，这样就大大增加了实验的精度与准确度。

附图说明

图1所示为本实用新型的立体结构示意图；

图2所示为本实用新型另一方向的立体结构示意图；

其中：1、底座；2、滑轨，2-1、标尺；3、动镜片底座，3-1、滑动底座，3-2、三维动镜片调整镜架，3-3、调节连板；4、定镜片底座，4-1、固定底座，4-2、三维定镜片调整镜架；5、调节螺杆；6、螺杆调节装置，6-1、螺杆调节底座，6-2、粗调旋钮，6-3、微调旋钮；7、读数显微镜，7-1、显微镜底座，7-2、镜筒；8、平面玻璃板；9、平凸透镜；10、调平螺丝；12、调节手轮；13、窗口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

图1至图2为本实用新型的一个具体实施例：一种多用途牛顿环实验装置，包括底座1，设置于所述底座1上的滑轨2，滑动设置于所述滑轨2上的动镜片底座3，固定设置于所述滑轨2左端的定镜片底座4，设置于所述滑轨2内部的调节螺杆5，设置于所述滑轨2右端并控制所述调节螺杆5转动的螺杆调节装置6和水平设置于所述底座1左侧的读数显微镜7；

所述滑轨2上设有显示所述动镜片底座3位置的标尺2-1；

所述动镜片底座3上安装有平面玻璃板8，所述平面玻璃板8与所述滑轨2垂直；

所述定镜片底座4上安装有平凸透镜9，所述平凸透镜9的主光轴与所述平面玻璃板8垂直；

所述读数显微镜7包括与所述底座1固定连接的显微镜底座7-1和设置于所述显微镜底座7-1上的镜筒7-2，所述显微镜底座7-1上设有调节所述镜筒7-2前后运动的调节手轮12，所述调节手轮12设有显示所示镜筒7-2位置的手轮刻度标，所述镜筒7-2的物镜光轴与所述平凸透镜9的主光轴共轴。

做为一种优选实施：所述底座1底部设有三个调平螺丝10。

做为一种优选实施：所述动镜片底座3包括滑动设置于所述滑轨2上的滑动底座3-1和固定于所述滑动底座3-1上三维动镜片调整镜架3-2；所述滑动底座3-1向所述滑轨2内部延伸形成与所述调节螺杆5相螺接的调节连板3-3；所述定镜片底座4包括固定设置于所述滑轨2左端的固定底座4-1和固定于所述固定底座4-1上三维定镜片调整镜架4-2。

做为一种优选实施：所述螺杆调节装置6包括固定设置于所述滑轨2右端的螺杆调节底座6-1，设置于所述螺杆调节底座6-1上的粗调旋钮6-2和微调旋钮6-3，所述螺杆调节底座6-1上设有显示所述粗调旋钮6-2标度的窗口13，所述微调旋钮6-3上设有微调刻度标。

本装置的工作原理为：通过调节螺杆调节装置6，实现平面玻璃板8沿滑轨2左右移动，这样就改变了平凸透镜9与平面玻璃板8之间的距离，即改变了空气层两表面反射的两束光线的光程差，进而可以观察到牛顿环圆心处吞吐条纹的周期性变化，利用这个变化我们就可以求得钠光灯的波长。

为了使得本原理更加清楚，就工作原理现做具体分析推导：

对于同一级条纹，当空气层厚度d增大时，则条纹圆环变小，最后陷入圆心；反之，当空气层厚度d减小时，条纹圆环变大，因此会不断从圆心冒出条纹。圆心处，每陷入或冒出一个圆环，光程差变化为λ。若陷入或冒出N个条纹，则平面玻璃板8移动的距离|Δd|为：

则光波的波长

实验中可以数出中心条纹变化数N，并测量对应的|Δd|，就可由上式测出光波的波长λ。

具体进行实验时，首先调节底座1下方的三个调平螺丝10，使得底座1保持水平。将平面玻璃板8安装在动镜片底座3上，并调整动镜片底座3上的三维动镜片调整镜架3-2，使得平面玻璃板8与所述滑轨2垂直；再将平凸透镜9安装在定镜片底座4上，调节三维定镜片调整镜架4-2，使得平凸透镜9的主光轴与所述平面玻璃板8垂直，最后调节读数显微镜7，使得镜筒7-2的物镜光轴与所述平凸透镜9的主光轴平行。打开光源，此时通过调节螺杆调节装置6上的粗调旋钮6-2和微调旋钮6-3，使得平面玻璃板8沿滑轨2缓慢移动，同时通过读数显微镜7观察牛顿环条纹的变化，待条纹变化稳定后，通过标尺2-1、窗口13以及微调刻度标的数据记录此时的读数d0，继续沿原方向转动微调旋钮6-3，使光屏上的圆环陷入(或冒出)N＝20个，再记录一次读数d1。依次类推，每陷入(或冒出)20个圆环，记录一次位置，共记录6个位置，即d0，d1，d2，d3，d4，d5。进而运用这些数据可以计算出钠光灯的波长。

下面给出利用此装置进行实验的一次实验数据：

数据测量与分析:

表1：实验数据及数据处理

实验数据，如表1所示，我们利用逐差法计算出Δd的平均值

代入公式计算波长为598.33nm。

当使用此装置进行牛顿环测定凸透镜的曲率半径的实验时，调节粗调旋钮6-2和微调旋钮6-3，使得平面玻璃板8沿滑轨2相左移动至平面玻璃板8与平凸透镜9相抵接，此时整个装置相当于一个水平设置的牛顿环仪，通过控制调节手轮12，使得镜筒7-2沿显微镜底座7-1前后运动，通过记录调节手轮12上的手轮刻度标，再根据上述测得的光波长即可进行凸透镜的曲率半径的测量实验。此具体原理及操作属于常规的方案，此处不再进行赘述。

整个装置既可以测量单色光的波长，同时还可以通过测试暗纹直径求得平凸透镜9的半径可谓一举两得。同时，我们将平凸透镜9与平面玻璃板8分开安装，还可以方便的更换不同的镜片，可以观测不同的干涉条纹。

作为另一种所有选实施，在上述装置的基础上，为了消除由于接触造成的弹性形变而影响图像清晰度的情况，我们在实际使用时调节微调旋钮6-3，使得平面玻璃板8沿滑轨2远离平凸透镜9一段距离，直到找到一个最为清晰的牛顿环干涉图像。之后同上述方案的原理可以测量单色光的波长，同时还可以通过测试暗纹直径求得平凸透镜9的半径。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。